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     float rotation;             ///< color rotation
  65     int data;
  66     int xpos;                   ///< x position (current column)
  67     FFTContext **fft;           ///< Fast Fourier Transform context
  68     int fft_bits;               ///< number of bits (FFT window size = 1<<fft_bits)
  69     FFTComplex **fft_data;      ///< bins holder for each (displayed) channels
  70     float *window_func_lut;     ///< Window function LUT
  71     float **magnitudes;
  72     float **phases;
  73     int win_func;
  74     int win_size;
  75     double win_scale;
  76     float overlap;
  77     float gain;
  78     int hop_size;
  79     float *combine_buffer;      ///< color combining buffer (3 * h items)
  80     float **color_buffer;       ///< color buffer (3 * h * ch items)
  81     AVAudioFifo *fifo;
  82     int64_t pts;
  83     int single_pic;
  84     int legend;
  85     int start_x, start_y;
  86 } ShowSpectrumContext;
  87
  88 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
  89 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  90
  91 static const AVOption showspectrum_options[] = {
  92     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
  93     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
  94     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
  95         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  96         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  97         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  98         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  99     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
 100         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 101         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 102     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
 103         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
 104         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
 105         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
 106         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
 107         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
 108         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
 109         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
 110         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
 111         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
 112     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
 113         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 114         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 115         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 116         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
 117         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 118         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
 119     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
 120     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
 121         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 122         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 123         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 124         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 125         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 126         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 127         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 128         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 129         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 130         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 131         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 132         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 133         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 134         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 135         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 136         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 137         { "dolph",    "Dolph-Chebyshev",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_DOLPH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 138         { "cauchy",   "Cauchy",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_CAUCHY},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
 139         { "parzen",   "Parzen",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_PARZEN},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
 140         { "poisson",  "Poisson",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_POISSON},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 141     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
 142         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
 143         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
 144     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
 145     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
 146     { "data", "set data mode", OFFSET(data), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_DMODES-1, FLAGS, "data" },
 147         { "magnitude", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_MAGNITUDE}, 0, 0, FLAGS, "data" },
 148         { "phase",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=D_PHASE},     0, 0, FLAGS, "data" },
 149     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
 150     { NULL }
 151 };
 152
 153 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
 154
 155 static const struct ColorTable {
 156     float a, y, u, v;
 157 } color_table[][8] = {
 158     [INTENSITY] = {
 159     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 160     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
 161     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
 162     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
 163     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
 164     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
 165     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
 166     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 167     [RAINBOW] = {
 168     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 169     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
 170     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
 171     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
 172     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
 173     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
 174     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
 175     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
 176     [MORELAND] = {
 177     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
 178     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
 179     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
 180     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
 181     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
 182     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
 183     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
 184     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
 185     [NEBULAE] = {
 186     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
 187     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
 188     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
 189     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
 190     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
 191     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
 192     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
 193     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 194     [FIRE] = {
 195     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 196     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
 197     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
 198     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
 199     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
 200     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
 201     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
 202     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 203     [FIERY] = {
 204     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 205     { 0.23,            36/256.,     (116-128)/256.,      (163-128)/256. },
 206     { 0.45,            52/256.,     (102-128)/256.,      (200-128)/256. },
 207     { 0.57,           116/256.,      (84-128)/256.,      (196-128)/256. },
 208     { 0.67,           157/256.,      (67-128)/256.,      (181-128)/256. },
 209     { 0.77,           193/256.,      (40-128)/256.,      (155-128)/256. },
 210     { 0.87,           221/256.,     (101-128)/256.,      (134-128)/256. },
 211     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 212     [FRUIT] = {
 213     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 214     { 0.20,            29/256.,     (136-128)/256.,      (119-128)/256. },
 215     { 0.30,            60/256.,     (119-128)/256.,       (90-128)/256. },
 216     { 0.40,            85/256.,      (91-128)/256.,       (85-128)/256. },
 217     { 0.50,           116/256.,      (70-128)/256.,      (105-128)/256. },
 218     { 0.60,           151/256.,      (50-128)/256.,      (146-128)/256. },
 219     { 0.70,           191/256.,      (63-128)/256.,      (178-128)/256. },
 220     {    1,            98/256.,      (80-128)/256.,      (221-128)/256. }},
 221     [COOL] = {
 222     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 223     {  .15,                  0,                 .5,                 -.5 },
 224     {    1,                  1,                -.5,                  .5 }},
 225 };
 226
 227 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 228 {
 229     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 230     int i;
 231
 232     av_freep(&s->combine_buffer);
 233     if (s->fft) {
 234         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 235             av_fft_end(s->fft[i]);
 236     }
 237     av_freep(&s->fft);
 238     if (s->fft_data) {
 239         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 240             av_freep(&s->fft_data[i]);
 241     }
 242     av_freep(&s->fft_data);
 243     if (s->color_buffer) {
 244         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 245             av_freep(&s->color_buffer[i]);
 246     }
 247     av_freep(&s->color_buffer);
 248     av_freep(&s->window_func_lut);
 249     if (s->magnitudes) {
 250         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 251             av_freep(&s->magnitudes[i]);
 252     }
 253     av_freep(&s->magnitudes);
 254     av_frame_free(&s->outpicref);
 255     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 256     if (s->phases) {
 257         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 258             av_freep(&s->phases[i]);
 259     }
 260     av_freep(&s->phases);
 261 }
 262
 263 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 264 {
 265     AVFilterFormats *formats = NULL;
 266     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 267     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 268     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 269     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_FLTP, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
 270     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
 271     int ret;
 272
 273     /* set input audio formats */
 274     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 275     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
 276         return ret;
 277
 278     layouts = ff_all_channel_layouts();
 279     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
 280         return ret;
 281
 282     formats = ff_all_samplerates();
 283     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
 284         return ret;
 285
 286     /* set output video format */
 287     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
 288     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
 289         return ret;
 290
 291     return 0;
 292 }
 293
 294 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 295 {
 296     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 297     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 298     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 299     int i, fft_bits, h, w;
 300     float overlap;
 301
 302     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
 303         s->single_pic = 1;
 304
 305     outlink->w = s->w;
 306     outlink->h = s->h;
 307
 308     if (s->legend) {
 309         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
 310         s->start_y = 64;
 311         outlink->w += s->start_x * 2;
 312         outlink->h += s->start_y * 2;
 313     }
 314
 315     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
 316     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
 317     s->channel_height = h;
 318     s->channel_width  = w;
 319
 320     if (s->orientation == VERTICAL) {
 321         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
 322         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
 323     } else {
 324         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
 325         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
 326     }
 327     s->win_size = 1 << fft_bits;
 328
 329     if (!s->fft) {
 330         s->fft = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->fft));
 331         if (!s->fft)
 332             return AVERROR(ENOMEM);
 333     }
 334
 335     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
 336     if (fft_bits != s->fft_bits) {
 337         AVFrame *outpicref;
 338
 339         s->fft_bits = fft_bits;
 340
 341         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
 342          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
 343          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
 344         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 345             av_fft_end(s->fft[i]);
 346             av_freep(&s->fft_data[i]);
 347         }
 348         av_freep(&s->fft_data);
 349
 350         s->nb_display_channels = inlink->channels;
 351         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 352             s->fft[i] = av_fft_init(fft_bits, 0);
 353             if (!s->fft[i]) {
 354                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
 355                        "The window size might be too high.\n");
 356                 return AVERROR(EINVAL);
 357             }
 358         }
 359
 360         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
 361         if (!s->magnitudes)
 362             return AVERROR(ENOMEM);
 363         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 364             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
 365             if (!s->magnitudes[i])
 366                 return AVERROR(ENOMEM);
 367         }
 368
 369         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->phases));
 370         if (!s->phases)
 371             return AVERROR(ENOMEM);
 372         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 373             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
 374             if (!s->phases[i])
 375                 return AVERROR(ENOMEM);
 376         }
 377
 378         av_freep(&s->color_buffer);
 379         s->color_buffer = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->color_buffer));
 380         if (!s->color_buffer)
 381             return AVERROR(ENOMEM);
 382         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 383             s->color_buffer[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h * 3 : s->w * 3, sizeof(**s->color_buffer));
 384             if (!s->color_buffer[i])
 385                 return AVERROR(ENOMEM);
 386         }
 387
 388         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
 389         if (!s->fft_data)
 390             return AVERROR(ENOMEM);
 391         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 392             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
 393             if (!s->fft_data[i])
 394                 return AVERROR(ENOMEM);
 395         }
 396
 397         /* pre-calc windowing function */
 398         s->window_func_lut =
 399             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
 400                          sizeof(*s->window_func_lut));
 401         if (!s->window_func_lut)
 402             return AVERROR(ENOMEM);
 403         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
 404         if (s->overlap == 1)
 405             s->overlap = overlap;
 406         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
 407         if (s->hop_size < 1) {
 408             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
 409             return AVERROR(EINVAL);
 410         }
 411
 412         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
 413             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
 414         }
 415         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
 416
 417         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
 418         av_frame_free(&s->outpicref);
 419         s->outpicref = outpicref =
 420             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 421         if (!outpicref)
 422             return AVERROR(ENOMEM);
 423         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
 424         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 425             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 426             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 427             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 428         }
 429         av_frame_set_color_range(outpicref, AVCOL_RANGE_JPEG);
 430     }
 431
 432     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
 433         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
 434         s->xpos = 0;
 435
 436     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
 437     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
 438         outlink->frame_rate.den *= s->w;
 439     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
 440         outlink->frame_rate.den *= s->h;
 441
 442     if (s->orientation == VERTICAL) {
 443         s->combine_buffer =
 444             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
 445                          sizeof(*s->combine_buffer));
 446     } else {
 447         s->combine_buffer =
 448             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
 449                          sizeof(*s->combine_buffer));
 450     }
 451
 452     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
 453            s->w, s->h, s->win_size);
 454
 455     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 456     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
 457     if (!s->fifo)
 458         return AVERROR(ENOMEM);
 459     return 0;
 460 }
 461
 462 static int run_channel_fft(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 463 {
 464     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 465     const float *window_func_lut = s->window_func_lut;
 466     AVFrame *fin = arg;
 467     const int ch = jobnr;
 468     int n;
 469
 470     /* fill FFT input with the number of samples available */
 471     const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
 472
 473     for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
 474         s->fft_data[ch][n].re = p[n] * window_func_lut[n];
 475         s->fft_data[ch][n].im = 0;
 476     }
 477
 478     /* run FFT on each samples set */
 479     av_fft_permute(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
 480     av_fft_calc(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
 481
 482     return 0;
 483 }
 484
 485 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
 486 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
 487 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
 488 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
 489
 490 static int calc_channel_magnitudes(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 491 {
 492     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 493     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
 494     int y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 495     const float f = s->gain * w;
 496     const int ch = jobnr;
 497     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 498
 499     for (y = 0; y < h; y++)
 500         magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
 501
 502     return 0;
 503 }
 504
 505 static int calc_channel_phases(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 506 {
 507     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 508     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 509     const int ch = jobnr;
 510     float *phases = s->phases[ch];
 511     int y;
 512
 513     for (y = 0; y < h; y++)
 514         phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
 515
 516     return 0;
 517 }
 518
 519 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
 520 {
 521     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
 522     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 523     const float f = s->gain * w;
 524
 525     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 526         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 527
 528         for (y = 0; y < h; y++)
 529             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
 530     }
 531 }
 532
 533 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
 534 {
 535     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 536
 537     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 538         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 539
 540         for (y = 0; y < h; y++)
 541             magnitudes[y] *= scale;
 542     }
 543 }
 544
 545 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
 546                         float *yf, float *uf, float *vf)
 547 {
 548     switch (s->mode) {
 549     case COMBINED:
 550         // reduce range by channel count
 551         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
 552         switch (s->color_mode) {
 553         case RAINBOW:
 554         case MORELAND:
 555         case NEBULAE:
 556         case FIRE:
 557         case FIERY:
 558         case FRUIT:
 559         case COOL:
 560         case INTENSITY:
 561             *uf = *yf;
 562             *vf = *yf;
 563             break;
 564         case CHANNEL:
 565             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
 566             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
 567             *uf = *yf * M_PI;
 568             *vf = *yf * M_PI;
 569             break;
 570         default:
 571             av_assert0(0);
 572         }
 573         break;
 574     case SEPARATE:
 575         // full range
 576         *yf = 256.0f;
 577         *uf = 256.0f;
 578         *vf = 256.0f;
 579         break;
 580     default:
 581         av_assert0(0);
 582     }
 583
 584     if (s->color_mode == CHANNEL) {
 585         if (s->nb_display_channels > 1) {
 586             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
 587             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
 588         } else {
 589             *uf *= 0.5 * sin(M_PI * s->rotation);
 590             *vf *= 0.5 * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
 591         }
 592     } else {
 593         *uf += *uf * sin(M_PI * s->rotation);
 594         *vf += *vf * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
 595     }
 596
 597     *uf *= s->saturation;
 598     *vf *= s->saturation;
 599 }
 600
 601 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
 602                        float yf, float uf, float vf,
 603                        float a, float *out)
 604 {
 605     if (s->color_mode > CHANNEL) {
 606         const int cm = s->color_mode;
 607         float y, u, v;
 608         int i;
 609
 610         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
 611             if (color_table[cm][i].a >= a)
 612                 break;
 613         // i now is the first item >= the color
 614         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
 615         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
 616             y = color_table[cm][i - 1].y;
 617             u = color_table[cm][i - 1].u;
 618             v = color_table[cm][i - 1].v;
 619         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
 620             y = color_table[cm][i].y;
 621             u = color_table[cm][i].u;
 622             v = color_table[cm][i].v;
 623         } else {
 624             float start = color_table[cm][i - 1].a;
 625             float end = color_table[cm][i].a;
 626             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
 627             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
 628               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
 629             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
 630               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
 631             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
 632               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
 633         }
 634
 635         out[0] = y * yf;
 636         out[1] = u * uf;
 637         out[2] = v * vf;
 638     } else {
 639         out[0] = a * yf;
 640         out[1] = a * uf;
 641         out[2] = a * vf;
 642     }
 643 }
 644
 645 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
 646 {
 647     int y;
 648
 649     for (y = 0; y < size; y++) {
 650         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
 651         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
 652         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
 653     }
 654 }
 655
 656 static int plot_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 657 {
 658     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 659     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
 660     const int ch = jobnr;
 661     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 662     float *phases = s->phases[ch];
 663     float yf, uf, vf;
 664     int y;
 665
 666     /* decide color range */
 667     color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
 668
 669     /* draw the channel */
 670     for (y = 0; y < h; y++) {
 671         int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
 672         float *out = &s->color_buffer[ch][3 * row];
 673         float a;
 674
 675         switch (s->data) {
 676         case D_MAGNITUDE:
 677             /* get magnitude */
 678             a = magnitudes[y];
 679             break;
 680         case D_PHASE:
 681             /* get phase */
 682             a = phases[y];
 683             break;
 684         default:
 685             av_assert0(0);
 686         }
 687
 688         /* apply scale */
 689         switch (s->scale) {
 690         case LINEAR:
 691             a = av_clipf(a, 0, 1);
 692             break;
 693         case SQRT:
 694             a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
 695             break;
 696         case CBRT:
 697             a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
 698             break;
 699         case FOURTHRT:
 700             a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
 701             break;
 702         case FIFTHRT:
 703             a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
 704             break;
 705         case LOG:
 706             a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
 707             break;
 708         default:
 709             av_assert0(0);
 710         }
 711
 712         pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
 713     }
 714
 715     return 0;
 716 }
 717
 718 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 719 {
 720     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 721     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 722     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 723     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
 724     int ret, plane, x, y, z = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 725
 726     /* fill a new spectrum column */
 727     /* initialize buffer for combining to black */
 728     clear_combine_buffer(s, z);
 729
 730     ctx->internal->execute(ctx, plot_channel, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
 731
 732     for (y = 0; y < z * 3; y++) {
 733         for (x = 0; x < s->nb_display_channels; x++) {
 734             s->combine_buffer[y] += s->color_buffer[x][y];
 735         }
 736     }
 737
 738     av_frame_make_writable(s->outpicref);
 739     /* copy to output */
 740     if (s->orientation == VERTICAL) {
 741         if (s->sliding == SCROLL) {
 742             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 743                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
 744                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 745                                  y * outpicref->linesize[plane];
 746                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
 747                 }
 748             }
 749             s->xpos = s->w - 1;
 750         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 751             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 752                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
 753                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 754                                  y * outpicref->linesize[plane];
 755                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
 756                 }
 757             }
 758             s->xpos = 0;
 759         }
 760         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 761             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
 762                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
 763                          s->xpos;
 764             for (y = 0; y < s->h; y++) {
 765                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
 766                 p -= outpicref->linesize[plane];
 767             }
 768         }
 769     } else {
 770         if (s->sliding == SCROLL) {
 771             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 772                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
 773                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 774                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 775                             s->w);
 776                 }
 777             }
 778             s->xpos = s->h - 1;
 779         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 780             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 781                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
 782                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 783                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 784                             s->w);
 785                 }
 786             }
 787             s->xpos = 0;
 788         }
 789         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 790             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
 791                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
 792             for (x = 0; x < s->w; x++) {
 793                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
 794                 p++;
 795             }
 796         }
 797     }
 798
 799     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
 800         outpicref->pts = insamples->pts;
 801
 802     s->xpos++;
 803     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
 804         s->xpos = 0;
 805     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
 806         s->xpos = 0;
 807     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
 808         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
 809         if (ret < 0)
 810             return ret;
 811     }
 812
 813     return s->win_size;
 814 }
 815
 816 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
 817
 818 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 819 {
 820     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
 821     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 822     unsigned i;
 823     int ret;
 824
 825     ret = ff_request_frame(inlink);
 826     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
 827         s->outpicref) {
 828         if (s->orientation == VERTICAL) {
 829             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 830                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
 831                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 832                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 833             }
 834         } else {
 835             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
 836                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 837                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 838                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 839             }
 840         }
 841         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
 842         s->outpicref = NULL;
 843     }
 844
 845     return ret;
 846 }
 847
 848 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 849 {
 850     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 851     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 852     AVFrame *fin = NULL;
 853     int ret = 0, consumed = 0;
 854
 855     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
 856         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
 857
 858     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
 859     av_frame_free(&insamples);
 860     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
 861         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
 862         if (!fin) {
 863             ret = AVERROR(ENOMEM);
 864             goto fail;
 865         }
 866
 867         fin->pts = s->pts + consumed;
 868         consumed += s->hop_size;
 869         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
 870         if (ret < 0)
 871             goto fail;
 872
 873         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
 874
 875         ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
 876
 877         if (s->data == D_MAGNITUDE)
 878             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_magnitudes, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
 879
 880         if (s->data == D_PHASE)
 881             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_phases, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
 882
 883         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
 884         av_frame_free(&fin);
 885         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
 886         if (ret < 0)
 887             goto fail;
 888     }
 889
 890 fail:
 891     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 892     av_frame_free(&fin);
 893     return ret;
 894 }
 895
 896 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
 897     {
 898         .name         = "default",
 899         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 900         .filter_frame = filter_frame,
 901     },
 902     { NULL }
 903 };
 904
 905 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
 906     {
 907         .name          = "default",
 908         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 909         .config_props  = config_output,
 910         .request_frame = request_frame,
 911     },
 912     { NULL }
 913 };
 914
 915 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
 916     .name          = "showspectrum",
 917     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
 918     .uninit        = uninit,
 919     .query_formats = query_formats,
 920     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
 921     .inputs        = showspectrum_inputs,
 922     .outputs       = showspectrum_outputs,
 923     .priv_class    = &showspectrum_class,
 924     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 925 };
 926 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
 927
 928 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
 929
 930 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
 931     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
 932     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
 933     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
 934         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 935         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 936     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
 937         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
 938         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
 939         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
 940         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
 941         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
 942         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
 943         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
 944         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
 945         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
 946     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
 947         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 948         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 949         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 950         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
 951         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 952         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
 953     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
 954     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
 955         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 956         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 957         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 958         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 959         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 960         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 961         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 962         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 963         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 964         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 965         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 966         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 967         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 968         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 969         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 970         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 971         { "dolph",    "Dolph-Chebyshev",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_DOLPH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 972         { "cauchy",   "Cauchy",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_CAUCHY},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
 973         { "parzen",   "Parzen",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_PARZEN},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
 974         { "poisson",  "Poisson",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_POISSON},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 975     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
 976         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
 977         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
 978     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
 979     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
 980     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
 981     { NULL }
 982 };
 983
 984 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
 985
 986 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
 987 {
 988     const uint8_t *font;
 989     int font_height;
 990     int i;
 991
 992     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
 993
 994     for (i = 0; txt[i]; i++) {
 995         int char_y, mask;
 996
 997         if (o) {
 998             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
 999                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
1000                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1001                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
1002                         p[char_y] = ~p[char_y];
1003                     p += pic->linesize[0];
1004                 }
1005             }
1006         } else {
1007             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
1008             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
1009                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1010                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
1011                         *p = ~(*p);
1012                     p++;
1013                 }
1014                 p += pic->linesize[0] - 8;
1015             }
1016         }
1017     }
1018 }
1019
1020 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
1021 {
1022     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
1023     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1024     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
1025     int ret;
1026
1027     ret = ff_request_frame(inlink);
1028     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref) {
1029         int samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
1030         int consumed = 0;
1031         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
1032         int ch, spf, spb;
1033         AVFrame *fin;
1034
1035         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
1036         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
1037
1038         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
1039         if (!fin)
1040             return AVERROR(ENOMEM);
1041
1042         while (x < sz) {
1043             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
1044             if (ret < 0) {
1045                 av_frame_free(&fin);
1046                 return ret;
1047             }
1048
1049             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
1050
1051             if (ret < s->win_size) {
1052                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
1053                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
1054                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
1055                 }
1056             }
1057
1058             ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
1059             acalc_magnitudes(s);
1060
1061             consumed += spf;
1062             if (consumed >= spb) {
1063                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
1064
1065                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1066                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1067                 consumed = 0;
1068                 x++;
1069                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1070                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1071             }
1072         }
1073
1074         av_frame_free(&fin);
1075         s->outpicref->pts = 0;
1076
1077         if (s->legend) {
1078             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1079             float spp = samples / (float)sz;
1080             uint8_t *dst;
1081
1082             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1083
1084             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1085             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1086                 dst[x] = 200;
1087             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1088             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1089                 dst[x] = 200;
1090             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1091                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1092                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1093                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1094             }
1095             if (s->orientation == VERTICAL) {
1096                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1097                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1098                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1099                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1100                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1101                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1102                     }
1103                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1104                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1105                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1106                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1107                     }
1108                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1109                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1110                         dst[x] = 200;
1111                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1112                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1113                         dst[x] = 200;
1114                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1115                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1116                         dst[x] = 200;
1117                     }
1118                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1119                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1120                         dst[x] = 200;
1121                     }
1122                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1123                         float hz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1124                         char *units;
1125
1126                         if (hz == 0)
1127                             units = av_asprintf("DC");
1128                         else
1129                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1130                         if (!units)
1131                             return AVERROR(ENOMEM);
1132
1133                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4, units, 0);
1134                         av_free(units);
1135                     }
1136                 }
1137
1138                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1139                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1140                     char *units;
1141
1142                     if (x == 0)
1143                         units = av_asprintf("0");
1144                     else if (log10(seconds) > 6)
1145                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1146                     else if (log10(seconds) > 3)
1147                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1148                     else
1149                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1150                     if (!units)
1151                         return AVERROR(ENOMEM);
1152
1153                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1154                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1155                     av_free(units);
1156                 }
1157
1158                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1159                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1160             } else {
1161                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1162                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1163                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1164                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1165                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1166                 }
1167                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1168                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1169                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1170                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1171                 }
1172                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1173                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1174                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1175                         dst[x] = 200;
1176                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1177                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1178                         dst[x] = 200;
1179                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1180                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1181                         dst[x] = 200;
1182                     }
1183                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1184                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1185                         dst[x] = 200;
1186                     }
1187                     for (x = 0; x < w; x += 80) {
1188                         float hz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1189                         char *units;
1190
1191                         if (hz == 0)
1192                             units = av_asprintf("DC");
1193                         else
1194                             units = av_asprintf("%.2f", hz);
1195                         if (!units)
1196                             return AVERROR(ENOMEM);
1197
1198                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1199                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1200                         av_free(units);
1201                     }
1202                 }
1203                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1204                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1205                     char *units;
1206
1207                     if (x == 0)
1208                         units = av_asprintf("0");
1209                     else if (log10(seconds) > 6)
1210                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1211                     else if (log10(seconds) > 3)
1212                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1213                     else
1214                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1215                     if (!units)
1216                         return AVERROR(ENOMEM);
1217
1218                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1219                     av_free(units);
1220                 }
1221                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1222                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1223             }
1224
1225             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1226                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1227
1228                 for (y = 0; y < h; y++) {
1229                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1230                     int chn;
1231
1232                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1233                         float yf, uf, vf;
1234                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1235                         float lout[3];
1236
1237                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1238                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, lout);
1239                         out[0] += lout[0];
1240                         out[1] += lout[1];
1241                         out[2] += lout[2];
1242                     }
1243                     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);
1244                     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);
1245                     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);
1246                 }
1247
1248                 for (y = 0; ch == 0 && y < h; y += h / 10) {
1249                     float value = 120.0 * log10(1. - y / (float)h);
1250                     char *text;
1251
1252                     if (value < -120)
1253                         break;
1254                     text = av_asprintf("%.0f dB", value);
1255                     if (!text)
1256                         continue;
1257                     drawtext(s->outpicref, s->w + s->start_x + 35, s->start_y + y - 5, text, 0);
1258                 }
1259             }
1260         }
1261
1262         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1263         s->outpicref = NULL;
1264     }
1265
1266     return ret;
1267 }
1268
1269 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1270 {
1271     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1272     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1273     int ret;
1274
1275     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1276     av_frame_free(&insamples);
1277     return ret;
1278 }
1279
1280 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1281     {
1282         .name         = "default",
1283         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1284         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1285     },
1286     { NULL }
1287 };
1288
1289 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1290     {
1291         .name          = "default",
1292         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1293         .config_props  = config_output,
1294         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1295     },
1296     { NULL }
1297 };
1298
1299 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1300     .name          = "showspectrumpic",
1301     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1302     .uninit        = uninit,
1303     .query_formats = query_formats,
1304     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1305     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1306     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1307     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1308     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1309 };
1310
1311 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER