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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012-2013 Clément Bœsch
   3  * Copyright (c) 2013 Rudolf Polzer <divverent@xonotic.org>
   4  * Copyright (c) 2015 Paul B Mahol
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * audio to spectrum (video) transmedia filter, based on ffplay rdft showmode
  26  * (by Michael Niedermayer) and lavfi/avf_showwaves (by Stefano Sabatini).
  27  */
  28
  29 #include <math.h>
  30
  31 #include "libavcodec/avfft.h"
  32 #include "libavutil/audio_fifo.h"
  33 #include "libavutil/avassert.h"
  34 #include "libavutil/avstring.h"
  35 #include "libavutil/channel_layout.h"
  36 #include "libavutil/opt.h"
  37 #include "libavutil/xga_font_data.h"
  38 #include "audio.h"
  39 #include "video.h"
  40 #include "avfilter.h"
  41 #include "internal.h"
  42 #include "window_func.h"
  43
  44 enum DisplayMode  { COMBINED, SEPARATE, NB_MODES };
  45 enum DataMode     { D_MAGNITUDE, D_PHASE, NB_DMODES };
  46 enum DisplayScale { LINEAR, SQRT, CBRT, LOG, FOURTHRT, FIFTHRT, NB_SCALES };
  47 enum ColorMode    { CHANNEL, INTENSITY, RAINBOW, MORELAND, NEBULAE, FIRE, FIERY, FRUIT, COOL, NB_CLMODES };
  48 enum SlideMode    { REPLACE, SCROLL, FULLFRAME, RSCROLL, NB_SLIDES };
  49 enum Orientation  { VERTICAL, HORIZONTAL, NB_ORIENTATIONS };
  50
  51 typedef struct {
  52     const AVClass *class;
  53     int w, h;
  54     AVFrame *outpicref;
  55     int nb_display_channels;
  56     int orientation;
  57     int channel_width;
  58     int channel_height;
  59     int sliding;                ///< 1 if sliding mode, 0 otherwise
  60     int mode;                   ///< channel display mode
  61     int color_mode;             ///< display color scheme
  62     int scale;
  63     float saturation;           ///< color saturation multiplier
  64     int data;
  65     int xpos;                   ///< x position (current column)
  66     FFTContext *fft;            ///< Fast Fourier Transform context
  67     int fft_bits;               ///< number of bits (FFT window size = 1<<fft_bits)
  68     FFTComplex **fft_data;      ///< bins holder for each (displayed) channels
  69     float *window_func_lut;     ///< Window function LUT
  70     float **magnitudes;
  71     float **phases;
  72     int win_func;
  73     int win_size;
  74     double win_scale;
  75     float overlap;
  76     float gain;
  77     int hop_size;
  78     float *combine_buffer;      ///< color combining buffer (3 * h items)
  79     AVAudioFifo *fifo;
  80     int64_t pts;
  81     int single_pic;
  82     int legend;
  83     int start_x, start_y;
  84 } ShowSpectrumContext;
  85
  86 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
  87 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  88
  89 static const AVOption showspectrum_options[] = {
  90     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
  91     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
  92     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
  93         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  94         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  95         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  96         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  97     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
  98         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
  99         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 100     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
 101         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
 102         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
 103         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
 104         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
 105         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
 106         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
 107         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
 108         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
 109         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
 110     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
 111         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 112         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 113         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 114         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
 115         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
 116         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 117     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
 118     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
 119         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 120         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 121         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 122         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 123         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 124         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 125         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 126         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 127         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 128         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 129         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 130         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 131         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 132         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 133         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 134         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 135     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
 136         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
 137         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
 138     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
 139     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
 140     { "data", "set data mode", OFFSET(data), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_DMODES-1, FLAGS, "data" },
 141         { "magnitude", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_MAGNITUDE}, 0, 0, FLAGS, "data" },
 142         { "phase",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_PHASE},     0, 0, FLAGS, "data" },
 143     { NULL }
 144 };
 145
 146 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
 147
 148 static const struct ColorTable {
 149     float a, y, u, v;
 150 } color_table[][8] = {
 151     [INTENSITY] = {
 152     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 153     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
 154     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
 155     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
 156     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
 157     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
 158     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
 159     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 160     [RAINBOW] = {
 161     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 162     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
 163     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
 164     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
 165     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
 166     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
 167     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
 168     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
 169     [MORELAND] = {
 170     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
 171     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
 172     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
 173     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
 174     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
 175     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
 176     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
 177     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
 178     [NEBULAE] = {
 179     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
 180     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
 181     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
 182     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
 183     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
 184     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
 185     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
 186     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 187     [FIRE] = {
 188     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 189     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
 190     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
 191     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
 192     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
 193     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
 194     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
 195     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 196     [FIERY] = {
 197     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 198     { 0.23,            36/256.,     (116-128)/256.,      (163-128)/256. },
 199     { 0.45,            52/256.,     (102-128)/256.,      (200-128)/256. },
 200     { 0.57,           116/256.,      (84-128)/256.,      (196-128)/256. },
 201     { 0.67,           157/256.,      (67-128)/256.,      (181-128)/256. },
 202     { 0.77,           193/256.,      (40-128)/256.,      (155-128)/256. },
 203     { 0.87,           221/256.,     (101-128)/256.,      (134-128)/256. },
 204     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 205     [FRUIT] = {
 206     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 207     { 0.20,            29/256.,     (136-128)/256.,      (119-128)/256. },
 208     { 0.30,            60/256.,     (119-128)/256.,       (90-128)/256. },
 209     { 0.40,            85/256.,      (91-128)/256.,       (85-128)/256. },
 210     { 0.50,           116/256.,      (70-128)/256.,      (105-128)/256. },
 211     { 0.60,           151/256.,      (50-128)/256.,      (146-128)/256. },
 212     { 0.70,           191/256.,      (63-128)/256.,      (178-128)/256. },
 213     {    1,            98/256.,      (80-128)/256.,      (221-128)/256. }},
 214     [COOL] = {
 215     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 216     {  .15,                  0,                 .5,                 -.5 },
 217     {    1,                  1,                -.5,                  .5 }},
 218 };
 219
 220 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 221 {
 222     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 223     int i;
 224
 225     av_freep(&s->combine_buffer);
 226     av_fft_end(s->fft);
 227     if (s->fft_data) {
 228         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 229             av_freep(&s->fft_data[i]);
 230     }
 231     av_freep(&s->fft_data);
 232     av_freep(&s->window_func_lut);
 233     if (s->magnitudes) {
 234         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 235             av_freep(&s->magnitudes[i]);
 236     }
 237     av_freep(&s->magnitudes);
 238     av_frame_free(&s->outpicref);
 239     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 240     if (s->phases) {
 241         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 242             av_freep(&s->phases[i]);
 243     }
 244     av_freep(&s->phases);
 245 }
 246
 247 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 248 {
 249     AVFilterFormats *formats = NULL;
 250     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 251     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 252     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 253     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
 254     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
 255     int ret;
 256
 257     /* set input audio formats */
 258     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 259     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
 260         return ret;
 261
 262     layouts = ff_all_channel_layouts();
 263     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
 264         return ret;
 265
 266     formats = ff_all_samplerates();
 267     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
 268         return ret;
 269
 270     /* set output video format */
 271     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
 272     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
 273         return ret;
 274
 275     return 0;
 276 }
 277
 278 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 279 {
 280     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 281     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 282     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 283     int i, fft_bits, h, w;
 284     float overlap;
 285
 286     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
 287         s->single_pic = 1;
 288
 289     outlink->w = s->w;
 290     outlink->h = s->h;
 291
 292     if (s->legend) {
 293         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
 294         s->start_y = 64;
 295         outlink->w += s->start_x * 2;
 296         outlink->h += s->start_y * 2;
 297     }
 298
 299     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
 300     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
 301     s->channel_height = h;
 302     s->channel_width  = w;
 303
 304     if (s->orientation == VERTICAL) {
 305         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
 306         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
 307     } else {
 308         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
 309         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
 310     }
 311     s->win_size = 1 << fft_bits;
 312
 313     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
 314     if (fft_bits != s->fft_bits) {
 315         AVFrame *outpicref;
 316
 317         av_fft_end(s->fft);
 318         s->fft = av_fft_init(fft_bits, 0);
 319         if (!s->fft) {
 320             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
 321                    "The window size might be too high.\n");
 322             return AVERROR(EINVAL);
 323         }
 324         s->fft_bits = fft_bits;
 325
 326         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
 327          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
 328          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
 329         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 330             av_freep(&s->fft_data[i]);
 331         av_freep(&s->fft_data);
 332         s->nb_display_channels = inlink->channels;
 333
 334         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
 335         if (!s->magnitudes)
 336             return AVERROR(ENOMEM);
 337         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 338             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
 339             if (!s->magnitudes[i])
 340                 return AVERROR(ENOMEM);
 341         }
 342
 343         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
 344         if (!s->phases)
 345             return AVERROR(ENOMEM);
 346         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 347             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
 348             if (!s->phases[i])
 349                 return AVERROR(ENOMEM);
 350         }
 351
 352         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
 353         if (!s->fft_data)
 354             return AVERROR(ENOMEM);
 355         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 356             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
 357             if (!s->fft_data[i])
 358                 return AVERROR(ENOMEM);
 359         }
 360
 361         /* pre-calc windowing function */
 362         s->window_func_lut =
 363             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
 364                          sizeof(*s->window_func_lut));
 365         if (!s->window_func_lut)
 366             return AVERROR(ENOMEM);
 367         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
 368         if (s->overlap == 1)
 369             s->overlap = overlap;
 370         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
 371         if (s->hop_size < 1) {
 372             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
 373             return AVERROR(EINVAL);
 374         }
 375
 376         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
 377             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
 378         }
 379         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
 380
 381         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
 382         av_frame_free(&s->outpicref);
 383         s->outpicref = outpicref =
 384             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 385         if (!outpicref)
 386             return AVERROR(ENOMEM);
 387         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
 388         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 389             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 390             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 391             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 392         }
 393         av_frame_set_color_range(outpicref, AVCOL_RANGE_JPEG);
 394     }
 395
 396     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
 397         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
 398         s->xpos = 0;
 399
 400     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
 401     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
 402         outlink->frame_rate.den *= s->w;
 403     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
 404         outlink->frame_rate.den *= s->h;
 405
 406     if (s->orientation == VERTICAL) {
 407         s->combine_buffer =
 408             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
 409                          sizeof(*s->combine_buffer));
 410     } else {
 411         s->combine_buffer =
 412             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
 413                          sizeof(*s->combine_buffer));
 414     }
 415
 416     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
 417            s->w, s->h, s->win_size);
 418
 419     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 420     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
 421     if (!s->fifo)
 422         return AVERROR(ENOMEM);
 423     return 0;
 424 }
 425
 426 static void run_fft(ShowSpectrumContext *s, AVFrame *fin)
 427 {
 428     int ch, n;
 429
 430     /* fill FFT input with the number of samples available */
 431     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 432         const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
 433
 434         for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
 435             s->fft_data[ch][n].re = p[n] * s->window_func_lut[n];
 436             s->fft_data[ch][n].im = 0;
 437         }
 438     }
 439
 440     /* run FFT on each samples set */
 441     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 442         av_fft_permute(s->fft, s->fft_data[ch]);
 443         av_fft_calc(s->fft, s->fft_data[ch]);
 444     }
 445 }
 446
 447 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
 448 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
 449 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
 450 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
 451
 452 static void calc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
 453 {
 454     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
 455     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 456     const float f = s->gain * w;
 457
 458     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 459         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 460
 461         for (y = 0; y < h; y++)
 462             magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
 463     }
 464 }
 465
 466 static void calc_phases(ShowSpectrumContext *s)
 467 {
 468     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 469
 470     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 471         float *phases = s->phases[ch];
 472
 473         for (y = 0; y < h; y++)
 474             phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
 475     }
 476 }
 477
 478 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
 479 {
 480     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
 481     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 482     const float f = s->gain * w;
 483
 484     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 485         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 486
 487         for (y = 0; y < h; y++)
 488             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
 489     }
 490 }
 491
 492 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
 493 {
 494     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 495
 496     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 497         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 498
 499         for (y = 0; y < h; y++)
 500             magnitudes[y] *= scale;
 501     }
 502 }
 503
 504 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
 505                         float *yf, float *uf, float *vf)
 506 {
 507     switch (s->mode) {
 508     case COMBINED:
 509         // reduce range by channel count
 510         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
 511         switch (s->color_mode) {
 512         case RAINBOW:
 513         case MORELAND:
 514         case NEBULAE:
 515         case FIRE:
 516         case FIERY:
 517         case FRUIT:
 518         case COOL:
 519         case INTENSITY:
 520             *uf = *yf;
 521             *vf = *yf;
 522             break;
 523         case CHANNEL:
 524             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
 525             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
 526             *uf = *yf * M_PI;
 527             *vf = *yf * M_PI;
 528             break;
 529         default:
 530             av_assert0(0);
 531         }
 532         break;
 533     case SEPARATE:
 534         // full range
 535         *yf = 256.0f;
 536         *uf = 256.0f;
 537         *vf = 256.0f;
 538         break;
 539     default:
 540         av_assert0(0);
 541     }
 542
 543     if (s->color_mode == CHANNEL) {
 544         if (s->nb_display_channels > 1) {
 545             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
 546             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
 547         } else {
 548             *uf = 0.0f;
 549             *vf = 0.0f;
 550         }
 551     }
 552     *uf *= s->saturation;
 553     *vf *= s->saturation;
 554 }
 555
 556 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
 557                        float yf, float uf, float vf,
 558                        float a, float *out)
 559 {
 560     if (s->color_mode > CHANNEL) {
 561         const int cm = s->color_mode;
 562         float y, u, v;
 563         int i;
 564
 565         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
 566             if (color_table[cm][i].a >= a)
 567                 break;
 568         // i now is the first item >= the color
 569         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
 570         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
 571             y = color_table[cm][i - 1].y;
 572             u = color_table[cm][i - 1].u;
 573             v = color_table[cm][i - 1].v;
 574         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
 575             y = color_table[cm][i].y;
 576             u = color_table[cm][i].u;
 577             v = color_table[cm][i].v;
 578         } else {
 579             float start = color_table[cm][i - 1].a;
 580             float end = color_table[cm][i].a;
 581             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
 582             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
 583               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
 584             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
 585               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
 586             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
 587               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
 588         }
 589
 590         out[0] += y * yf;
 591         out[1] += u * uf;
 592         out[2] += v * vf;
 593     } else {
 594         out[0] += a * yf;
 595         out[1] += a * uf;
 596         out[2] += a * vf;
 597     }
 598 }
 599
 600 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
 601 {
 602     int y;
 603
 604     for (y = 0; y < size; y++) {
 605         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
 606         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
 607         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
 608     }
 609 }
 610
 611 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 612 {
 613     int ret;
 614     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 615     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 616     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 617     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
 618     int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
 619
 620     int ch, plane, x, y;
 621
 622     /* fill a new spectrum column */
 623     /* initialize buffer for combining to black */
 624     clear_combine_buffer(s, s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w);
 625
 626     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 627         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 628         float *phases = s->phases[ch];
 629         float yf, uf, vf;
 630
 631         /* decide color range */
 632         color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
 633
 634         /* draw the channel */
 635         for (y = 0; y < h; y++) {
 636             int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
 637             float *out = &s->combine_buffer[3 * row];
 638             float a;
 639
 640             switch (s->data) {
 641             case D_MAGNITUDE:
 642                 /* get magnitude */
 643                 a = magnitudes[y];
 644                 break;
 645             case D_PHASE:
 646                 /* get phase */
 647                 a = phases[y];
 648                 break;
 649             default:
 650                 av_assert0(0);
 651             }
 652
 653             /* apply scale */
 654             switch (s->scale) {
 655             case LINEAR:
 656                 a = av_clipf(a, 0, 1);
 657                 break;
 658             case SQRT:
 659                 a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
 660                 break;
 661             case CBRT:
 662                 a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
 663                 break;
 664             case FOURTHRT:
 665                 a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
 666                 break;
 667             case FIFTHRT:
 668                 a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
 669                 break;
 670             case LOG:
 671                 a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
 672                 break;
 673             default:
 674                 av_assert0(0);
 675             }
 676
 677             pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
 678         }
 679     }
 680
 681     av_frame_make_writable(s->outpicref);
 682     /* copy to output */
 683     if (s->orientation == VERTICAL) {
 684         if (s->sliding == SCROLL) {
 685             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 686                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
 687                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 688                                  y * outpicref->linesize[plane];
 689                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
 690                 }
 691             }
 692             s->xpos = s->w - 1;
 693         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 694             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 695                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
 696                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 697                                  y * outpicref->linesize[plane];
 698                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
 699                 }
 700             }
 701             s->xpos = 0;
 702         }
 703         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 704             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
 705                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
 706                          s->xpos;
 707             for (y = 0; y < s->h; y++) {
 708                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
 709                 p -= outpicref->linesize[plane];
 710             }
 711         }
 712     } else {
 713         if (s->sliding == SCROLL) {
 714             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 715                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
 716                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 717                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 718                             s->w);
 719                 }
 720             }
 721             s->xpos = s->h - 1;
 722         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 723             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 724                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
 725                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 726                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 727                             s->w);
 728                 }
 729             }
 730             s->xpos = 0;
 731         }
 732         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 733             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
 734                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
 735             for (x = 0; x < s->w; x++) {
 736                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
 737                 p++;
 738             }
 739         }
 740     }
 741
 742     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
 743         outpicref->pts = insamples->pts;
 744
 745     s->xpos++;
 746     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
 747         s->xpos = 0;
 748     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
 749         s->xpos = 0;
 750     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
 751         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
 752         if (ret < 0)
 753             return ret;
 754     }
 755
 756     return s->win_size;
 757 }
 758
 759 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
 760
 761 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 762 {
 763     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
 764     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 765     unsigned i;
 766     int ret;
 767
 768     ret = ff_request_frame(inlink);
 769     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
 770         s->outpicref) {
 771         if (s->orientation == VERTICAL) {
 772             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 773                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
 774                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 775                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 776             }
 777         } else {
 778             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
 779                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 780                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 781                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 782             }
 783         }
 784         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
 785         s->outpicref = NULL;
 786     }
 787
 788     return ret;
 789 }
 790
 791 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 792 {
 793     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 794     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 795     AVFrame *fin = NULL;
 796     int ret = 0, consumed = 0;
 797
 798     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
 799         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
 800
 801     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
 802     av_frame_free(&insamples);
 803     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
 804         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
 805         if (!fin) {
 806             ret = AVERROR(ENOMEM);
 807             goto fail;
 808         }
 809
 810         fin->pts = s->pts + consumed;
 811         consumed += s->hop_size;
 812         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
 813         if (ret < 0)
 814             goto fail;
 815
 816         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
 817
 818         run_fft(s, fin);
 819         if (s->data == D_MAGNITUDE)
 820             calc_magnitudes(s);
 821         if (s->data == D_PHASE)
 822             calc_phases(s);
 823
 824         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
 825         av_frame_free(&fin);
 826         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
 827         if (ret < 0)
 828             goto fail;
 829     }
 830
 831 fail:
 832     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 833     av_frame_free(&fin);
 834     return ret;
 835 }
 836
 837 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
 838     {
 839         .name         = "default",
 840         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 841         .filter_frame = filter_frame,
 842     },
 843     { NULL }
 844 };
 845
 846 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
 847     {
 848         .name          = "default",
 849         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 850         .config_props  = config_output,
 851         .request_frame = request_frame,
 852     },
 853     { NULL }
 854 };
 855
 856 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
 857     .name          = "showspectrum",
 858     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
 859     .uninit        = uninit,
 860     .query_formats = query_formats,
 861     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
 862     .inputs        = showspectrum_inputs,
 863     .outputs       = showspectrum_outputs,
 864     .priv_class    = &showspectrum_class,
 865 };
 866 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
 867
 868 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
 869
 870 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
 871     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
 872     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
 873     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
 874         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 875         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 876     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
 877         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
 878         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
 879         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
 880         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
 881         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
 882         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
 883         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
 884         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
 885         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
 886     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
 887         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 888         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 889         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 890         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
 891         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
 892         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 893     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
 894     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
 895         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 896         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 897         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 898         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 899         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 900         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 901         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 902         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 903         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 904         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 905         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 906         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 907         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 908         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 909         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 910         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 911     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
 912         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
 913         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
 914     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
 915     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
 916     { NULL }
 917 };
 918
 919 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
 920
 921 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
 922 {
 923     const uint8_t *font;
 924     int font_height;
 925     int i;
 926
 927     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
 928
 929     for (i = 0; txt[i]; i++) {
 930         int char_y, mask;
 931
 932         if (o) {
 933             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
 934                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
 935                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
 936                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
 937                         p[char_y] = ~p[char_y];
 938                     p += pic->linesize[0];
 939                 }
 940             }
 941         } else {
 942             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
 943             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
 944                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
 945                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
 946                         *p = ~(*p);
 947                     p++;
 948                 }
 949                 p += pic->linesize[0] - 8;
 950             }
 951         }
 952     }
 953 }
 954
 955 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
 956 {
 957     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
 958     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 959     int ret;
 960
 961     ret = ff_request_frame(inlink);
 962     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref) {
 963         int samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
 964         int consumed = 0;
 965         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
 966         int ch, spf, spb;
 967         AVFrame *fin;
 968
 969         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
 970         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
 971
 972         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
 973         if (!fin)
 974             return AVERROR(ENOMEM);
 975
 976         while (x < sz) {
 977             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
 978             if (ret < 0) {
 979                 av_frame_free(&fin);
 980                 return ret;
 981             }
 982
 983             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
 984
 985             if (ret < s->win_size) {
 986                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 987                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
 988                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
 989                 }
 990             }
 991
 992             run_fft(s, fin);
 993             acalc_magnitudes(s);
 994
 995             consumed += spf;
 996             if (consumed >= spb) {
 997                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 998
 999                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1000                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1001                 consumed = 0;
1002                 x++;
1003                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1004                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1005             }
1006         }
1007
1008         av_frame_free(&fin);
1009         s->outpicref->pts = 0;
1010
1011         if (s->legend) {
1012             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1013             float spp = samples / (float)sz;
1014             uint8_t *dst;
1015
1016             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1017
1018             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1019             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1020                 dst[x] = 200;
1021             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1022             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1023                 dst[x] = 200;
1024             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1025                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1026                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1027                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1028             }
1029             if (s->orientation == VERTICAL) {
1030                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1031                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1032                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1033                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1034                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1035                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1036                     }
1037                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1038                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1039                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1040                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1041                     }
1042                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1043                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1044                         dst[x] = 200;
1045                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1046                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1047                         dst[x] = 200;
1048                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1049                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1050                         dst[x] = 200;
1051                     }
1052                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1053                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1054                         dst[x] = 200;
1055                     }
1056                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1057                         float hz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1058                         char *units;
1059
1060                         if (hz == 0)
1061                             units = av_asprintf("DC");
1062                         else
1063                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1064                         if (!units)
1065                             return AVERROR(ENOMEM);
1066
1067                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4, units, 0);
1068                         av_free(units);
1069                     }
1070                 }
1071
1072                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1073                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1074                     char *units;
1075
1076                     if (x == 0)
1077                         units = av_asprintf("0");
1078                     else if (log10(seconds) > 6)
1079                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1080                     else if (log10(seconds) > 3)
1081                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1082                     else
1083                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1084                     if (!units)
1085                         return AVERROR(ENOMEM);
1086
1087                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1088                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1089                     av_free(units);
1090                 }
1091
1092                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1093                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1094             } else {
1095                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1096                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1097                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1098                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1099                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1100                 }
1101                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1102                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1103                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1104                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1105                 }
1106                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1107                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1108                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1109                         dst[x] = 200;
1110                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1111                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1112                         dst[x] = 200;
1113                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1114                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1115                         dst[x] = 200;
1116                     }
1117                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1118                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1119                         dst[x] = 200;
1120                     }
1121                     for (x = 0; x < w; x += 80) {
1122                         float hz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1123                         char *units;
1124
1125                         if (hz == 0)
1126                             units = av_asprintf("DC");
1127                         else
1128                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1129                         if (!units)
1130                             return AVERROR(ENOMEM);
1131
1132                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1133                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1134                         av_free(units);
1135                     }
1136                 }
1137                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1138                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1139                     char *units;
1140
1141                     if (x == 0)
1142                         units = av_asprintf("0");
1143                     else if (log10(seconds) > 6)
1144                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1145                     else if (log10(seconds) > 3)
1146                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1147                     else
1148                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1149                     if (!units)
1150                         return AVERROR(ENOMEM);
1151
1152                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1153                     av_free(units);
1154                 }
1155                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1156                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1157             }
1158
1159             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1160                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1161
1162                 for (y = 0; y < h; y++) {
1163                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1164                     int chn;
1165
1166                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1167                         float yf, uf, vf;
1168                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1169
1170                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1171                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, out);
1172                     }
1173                     memset(s->outpicref->data[0]+(s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->w + s->start_x + 20, av_clip_uint8(out[0]), 10);
1174                     memset(s->outpicref->data[1]+(s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[1] + s->w + s->start_x + 20, av_clip_uint8(out[1]), 10);
1175                     memset(s->outpicref->data[2]+(s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[2] + s->w + s->start_x + 20, av_clip_uint8(out[2]), 10);
1176                 }
1177             }
1178         }
1179
1180         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1181         s->outpicref = NULL;
1182     }
1183
1184     return ret;
1185 }
1186
1187 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1188 {
1189     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1190     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1191     int ret;
1192
1193     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1194     av_frame_free(&insamples);
1195     return ret;
1196 }
1197
1198 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1199     {
1200         .name         = "default",
1201         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1202         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1203     },
1204     { NULL }
1205 };
1206
1207 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1208     {
1209         .name          = "default",
1210         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1211         .config_props  = config_output,
1212         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1213     },
1214     { NULL }
1215 };
1216
1217 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1218     .name          = "showspectrumpic",
1219     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1220     .uninit        = uninit,
1221     .query_formats = query_formats,
1222     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1223     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1224     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1225     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1226 };
1227
1228 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER