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 ShowSpectrumContext {
  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     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 303
 304     if (!strcmp(ctx->filter->name, "showspectrumpic"))
 305         s->single_pic = 1;
 306
 307     outlink->w = s->w;
 308     outlink->h = s->h;
 309     outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
 310
 311     if (s->legend) {
 312         s->start_x = log10(inlink->sample_rate) * 25;
 313         s->start_y = 64;
 314         outlink->w += s->start_x * 2;
 315         outlink->h += s->start_y * 2;
 316     }
 317
 318     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? s->h : s->h / inlink->channels;
 319     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? s->w : s->w / inlink->channels;
 320     s->channel_height = h;
 321     s->channel_width  = w;
 322
 323     if (s->orientation == VERTICAL) {
 324         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame height */
 325         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * h; fft_bits++);
 326     } else {
 327         /* FFT window size (precision) according to the requested output frame width */
 328         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < 2 * w; fft_bits++);
 329     }
 330     s->win_size = 1 << fft_bits;
 331
 332     if (!s->fft) {
 333         s->fft = av_calloc(inlink->channels, sizeof(*s->fft));
 334         if (!s->fft)
 335             return AVERROR(ENOMEM);
 336     }
 337
 338     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
 339     if (fft_bits != s->fft_bits) {
 340         AVFrame *outpicref;
 341
 342         s->fft_bits = fft_bits;
 343
 344         /* FFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
 345          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
 346          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
 347         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 348             av_fft_end(s->fft[i]);
 349             av_freep(&s->fft_data[i]);
 350         }
 351         av_freep(&s->fft_data);
 352
 353         s->nb_display_channels = inlink->channels;
 354         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 355             s->fft[i] = av_fft_init(fft_bits, 0);
 356             if (!s->fft[i]) {
 357                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT context. "
 358                        "The window size might be too high.\n");
 359                 return AVERROR(EINVAL);
 360             }
 361         }
 362
 363         s->magnitudes = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->magnitudes));
 364         if (!s->magnitudes)
 365             return AVERROR(ENOMEM);
 366         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 367             s->magnitudes[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->magnitudes));
 368             if (!s->magnitudes[i])
 369                 return AVERROR(ENOMEM);
 370         }
 371
 372         s->phases = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->phases));
 373         if (!s->phases)
 374             return AVERROR(ENOMEM);
 375         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 376             s->phases[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w, sizeof(**s->phases));
 377             if (!s->phases[i])
 378                 return AVERROR(ENOMEM);
 379         }
 380
 381         av_freep(&s->color_buffer);
 382         s->color_buffer = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->color_buffer));
 383         if (!s->color_buffer)
 384             return AVERROR(ENOMEM);
 385         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 386             s->color_buffer[i] = av_calloc(s->orientation == VERTICAL ? s->h * 3 : s->w * 3, sizeof(**s->color_buffer));
 387             if (!s->color_buffer[i])
 388                 return AVERROR(ENOMEM);
 389         }
 390
 391         s->fft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->fft_data));
 392         if (!s->fft_data)
 393             return AVERROR(ENOMEM);
 394         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 395             s->fft_data[i] = av_calloc(s->win_size, sizeof(**s->fft_data));
 396             if (!s->fft_data[i])
 397                 return AVERROR(ENOMEM);
 398         }
 399
 400         /* pre-calc windowing function */
 401         s->window_func_lut =
 402             av_realloc_f(s->window_func_lut, s->win_size,
 403                          sizeof(*s->window_func_lut));
 404         if (!s->window_func_lut)
 405             return AVERROR(ENOMEM);
 406         generate_window_func(s->window_func_lut, s->win_size, s->win_func, &overlap);
 407         if (s->overlap == 1)
 408             s->overlap = overlap;
 409         s->hop_size = (1. - s->overlap) * s->win_size;
 410         if (s->hop_size < 1) {
 411             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
 412             return AVERROR(EINVAL);
 413         }
 414
 415         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < s->win_size; i++) {
 416             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
 417         }
 418         s->win_scale = 1. / sqrt(s->win_scale);
 419
 420         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
 421         av_frame_free(&s->outpicref);
 422         s->outpicref = outpicref =
 423             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 424         if (!outpicref)
 425             return AVERROR(ENOMEM);
 426         outpicref->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
 427         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 428             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 429             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 430             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 431         }
 432         outpicref->color_range = AVCOL_RANGE_JPEG;
 433     }
 434
 435     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= s->w) ||
 436         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h))
 437         s->xpos = 0;
 438
 439     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, s->win_size * (1.-s->overlap));
 440     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
 441         outlink->frame_rate.den *= s->w;
 442     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
 443         outlink->frame_rate.den *= s->h;
 444
 445     if (s->orientation == VERTICAL) {
 446         s->combine_buffer =
 447             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->h * 3,
 448                          sizeof(*s->combine_buffer));
 449     } else {
 450         s->combine_buffer =
 451             av_realloc_f(s->combine_buffer, s->w * 3,
 452                          sizeof(*s->combine_buffer));
 453     }
 454
 455     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d FFT window size:%d\n",
 456            s->w, s->h, s->win_size);
 457
 458     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 459     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, s->win_size);
 460     if (!s->fifo)
 461         return AVERROR(ENOMEM);
 462     return 0;
 463 }
 464
 465 static int run_channel_fft(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 466 {
 467     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 468     const float *window_func_lut = s->window_func_lut;
 469     AVFrame *fin = arg;
 470     const int ch = jobnr;
 471     int n;
 472
 473     /* fill FFT input with the number of samples available */
 474     const float *p = (float *)fin->extended_data[ch];
 475
 476     for (n = 0; n < s->win_size; n++) {
 477         s->fft_data[ch][n].re = p[n] * window_func_lut[n];
 478         s->fft_data[ch][n].im = 0;
 479     }
 480
 481     /* run FFT on each samples set */
 482     av_fft_permute(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
 483     av_fft_calc(s->fft[ch], s->fft_data[ch]);
 484
 485     return 0;
 486 }
 487
 488 #define RE(y, ch) s->fft_data[ch][y].re
 489 #define IM(y, ch) s->fft_data[ch][y].im
 490 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
 491 #define PHASE(y, ch) atan2(IM(y, ch), RE(y, ch))
 492
 493 static int calc_channel_magnitudes(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 494 {
 495     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 496     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
 497     int y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 498     const float f = s->gain * w;
 499     const int ch = jobnr;
 500     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 501
 502     for (y = 0; y < h; y++)
 503         magnitudes[y] = MAGNITUDE(y, ch) * f;
 504
 505     return 0;
 506 }
 507
 508 static int calc_channel_phases(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 509 {
 510     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 511     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 512     const int ch = jobnr;
 513     float *phases = s->phases[ch];
 514     int y;
 515
 516     for (y = 0; y < h; y++)
 517         phases[y] = (PHASE(y, ch) / M_PI + 1) / 2;
 518
 519     return 0;
 520 }
 521
 522 static void acalc_magnitudes(ShowSpectrumContext *s)
 523 {
 524     const double w = s->win_scale * (s->scale == LOG ? s->win_scale : 1);
 525     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 526     const float f = s->gain * w;
 527
 528     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 529         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 530
 531         for (y = 0; y < h; y++)
 532             magnitudes[y] += MAGNITUDE(y, ch) * f;
 533     }
 534 }
 535
 536 static void scale_magnitudes(ShowSpectrumContext *s, float scale)
 537 {
 538     int ch, y, h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 539
 540     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 541         float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 542
 543         for (y = 0; y < h; y++)
 544             magnitudes[y] *= scale;
 545     }
 546 }
 547
 548 static void color_range(ShowSpectrumContext *s, int ch,
 549                         float *yf, float *uf, float *vf)
 550 {
 551     switch (s->mode) {
 552     case COMBINED:
 553         // reduce range by channel count
 554         *yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
 555         switch (s->color_mode) {
 556         case RAINBOW:
 557         case MORELAND:
 558         case NEBULAE:
 559         case FIRE:
 560         case FIERY:
 561         case FRUIT:
 562         case COOL:
 563         case INTENSITY:
 564             *uf = *yf;
 565             *vf = *yf;
 566             break;
 567         case CHANNEL:
 568             /* adjust saturation for mixed UV coloring */
 569             /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
 570             *uf = *yf * M_PI;
 571             *vf = *yf * M_PI;
 572             break;
 573         default:
 574             av_assert0(0);
 575         }
 576         break;
 577     case SEPARATE:
 578         // full range
 579         *yf = 256.0f;
 580         *uf = 256.0f;
 581         *vf = 256.0f;
 582         break;
 583     default:
 584         av_assert0(0);
 585     }
 586
 587     if (s->color_mode == CHANNEL) {
 588         if (s->nb_display_channels > 1) {
 589             *uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
 590             *vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels + M_PI * s->rotation);
 591         } else {
 592             *uf *= 0.5 * sin(M_PI * s->rotation);
 593             *vf *= 0.5 * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
 594         }
 595     } else {
 596         *uf += *uf * sin(M_PI * s->rotation);
 597         *vf += *vf * cos(M_PI * s->rotation + M_PI_2);
 598     }
 599
 600     *uf *= s->saturation;
 601     *vf *= s->saturation;
 602 }
 603
 604 static void pick_color(ShowSpectrumContext *s,
 605                        float yf, float uf, float vf,
 606                        float a, float *out)
 607 {
 608     if (s->color_mode > CHANNEL) {
 609         const int cm = s->color_mode;
 610         float y, u, v;
 611         int i;
 612
 613         for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
 614             if (color_table[cm][i].a >= a)
 615                 break;
 616         // i now is the first item >= the color
 617         // now we know to interpolate between item i - 1 and i
 618         if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
 619             y = color_table[cm][i - 1].y;
 620             u = color_table[cm][i - 1].u;
 621             v = color_table[cm][i - 1].v;
 622         } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
 623             y = color_table[cm][i].y;
 624             u = color_table[cm][i].u;
 625             v = color_table[cm][i].v;
 626         } else {
 627             float start = color_table[cm][i - 1].a;
 628             float end = color_table[cm][i].a;
 629             float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
 630             y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
 631               + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
 632             u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
 633               + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
 634             v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
 635               + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
 636         }
 637
 638         out[0] = y * yf;
 639         out[1] = u * uf;
 640         out[2] = v * vf;
 641     } else {
 642         out[0] = a * yf;
 643         out[1] = a * uf;
 644         out[2] = a * vf;
 645     }
 646 }
 647
 648 static void clear_combine_buffer(ShowSpectrumContext *s, int size)
 649 {
 650     int y;
 651
 652     for (y = 0; y < size; y++) {
 653         s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
 654         s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
 655         s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
 656     }
 657 }
 658
 659 static int plot_channel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 660 {
 661     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 662     const int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
 663     const int ch = jobnr;
 664     float *magnitudes = s->magnitudes[ch];
 665     float *phases = s->phases[ch];
 666     float yf, uf, vf;
 667     int y;
 668
 669     /* decide color range */
 670     color_range(s, ch, &yf, &uf, &vf);
 671
 672     /* draw the channel */
 673     for (y = 0; y < h; y++) {
 674         int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
 675         float *out = &s->color_buffer[ch][3 * row];
 676         float a;
 677
 678         switch (s->data) {
 679         case D_MAGNITUDE:
 680             /* get magnitude */
 681             a = magnitudes[y];
 682             break;
 683         case D_PHASE:
 684             /* get phase */
 685             a = phases[y];
 686             break;
 687         default:
 688             av_assert0(0);
 689         }
 690
 691         /* apply scale */
 692         switch (s->scale) {
 693         case LINEAR:
 694             a = av_clipf(a, 0, 1);
 695             break;
 696         case SQRT:
 697             a = av_clipf(sqrt(a), 0, 1);
 698             break;
 699         case CBRT:
 700             a = av_clipf(cbrt(a), 0, 1);
 701             break;
 702         case FOURTHRT:
 703             a = av_clipf(sqrt(sqrt(a)), 0, 1);
 704             break;
 705         case FIFTHRT:
 706             a = av_clipf(pow(a, 0.20), 0, 1);
 707             break;
 708         case LOG:
 709             a = 1 + log10(av_clipd(a, 1e-6, 1)) / 6; // zero = -120dBFS
 710             break;
 711         default:
 712             av_assert0(0);
 713         }
 714
 715         pick_color(s, yf, uf, vf, a, out);
 716     }
 717
 718     return 0;
 719 }
 720
 721 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 722 {
 723     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 724     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 725     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 726     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
 727     int ret, plane, x, y, z = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
 728
 729     /* fill a new spectrum column */
 730     /* initialize buffer for combining to black */
 731     clear_combine_buffer(s, z);
 732
 733     ctx->internal->execute(ctx, plot_channel, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
 734
 735     for (y = 0; y < z * 3; y++) {
 736         for (x = 0; x < s->nb_display_channels; x++) {
 737             s->combine_buffer[y] += s->color_buffer[x][y];
 738         }
 739     }
 740
 741     av_frame_make_writable(s->outpicref);
 742     /* copy to output */
 743     if (s->orientation == VERTICAL) {
 744         if (s->sliding == SCROLL) {
 745             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 746                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
 747                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 748                                  y * outpicref->linesize[plane];
 749                     memmove(p, p + 1, s->w - 1);
 750                 }
 751             }
 752             s->xpos = s->w - 1;
 753         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 754             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 755                 for (y = 0; y < s->h; y++) {
 756                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 757                                  y * outpicref->linesize[plane];
 758                     memmove(p + 1, p, s->w - 1);
 759                 }
 760             }
 761             s->xpos = 0;
 762         }
 763         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 764             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
 765                          (outlink->h - 1 - s->start_y) * outpicref->linesize[plane] +
 766                          s->xpos;
 767             for (y = 0; y < s->h; y++) {
 768                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * y + plane], 0, 255));
 769                 p -= outpicref->linesize[plane];
 770             }
 771         }
 772     } else {
 773         if (s->sliding == SCROLL) {
 774             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 775                 for (y = 1; y < s->h; y++) {
 776                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 777                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 778                             s->w);
 779                 }
 780             }
 781             s->xpos = s->h - 1;
 782         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 783             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 784                 for (y = s->h - 1; y >= 1; y--) {
 785                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 786                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 787                             s->w);
 788                 }
 789             }
 790             s->xpos = 0;
 791         }
 792         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 793             uint8_t *p = outpicref->data[plane] + s->start_x +
 794                          (s->xpos + s->start_y) * outpicref->linesize[plane];
 795             for (x = 0; x < s->w; x++) {
 796                 *p = lrintf(av_clipf(s->combine_buffer[3 * x + plane], 0, 255));
 797                 p++;
 798             }
 799         }
 800     }
 801
 802     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
 803         outpicref->pts = insamples->pts;
 804
 805     s->xpos++;
 806     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= s->w)
 807         s->xpos = 0;
 808     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= s->h)
 809         s->xpos = 0;
 810     if (!s->single_pic && (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)) {
 811         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
 812         if (ret < 0)
 813             return ret;
 814     }
 815
 816     return s->win_size;
 817 }
 818
 819 #if CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
 820
 821 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 822 {
 823     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
 824     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 825     unsigned i;
 826     int ret;
 827
 828     ret = ff_request_frame(inlink);
 829     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
 830         s->outpicref) {
 831         if (s->orientation == VERTICAL) {
 832             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 833                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
 834                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 835                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 836             }
 837         } else {
 838             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
 839                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 840                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 841                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 842             }
 843         }
 844         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
 845         s->outpicref = NULL;
 846     }
 847
 848     return ret;
 849 }
 850
 851 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 852 {
 853     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 854     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 855     AVFrame *fin = NULL;
 856     int ret = 0, consumed = 0;
 857
 858     if (s->pts == AV_NOPTS_VALUE)
 859         s->pts = insamples->pts - av_audio_fifo_size(s->fifo);
 860
 861     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
 862     av_frame_free(&insamples);
 863     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= s->win_size) {
 864         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
 865         if (!fin) {
 866             ret = AVERROR(ENOMEM);
 867             goto fail;
 868         }
 869
 870         fin->pts = s->pts + consumed;
 871         consumed += s->hop_size;
 872         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
 873         if (ret < 0)
 874             goto fail;
 875
 876         av_assert0(fin->nb_samples == s->win_size);
 877
 878         ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
 879
 880         if (s->data == D_MAGNITUDE)
 881             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_magnitudes, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
 882
 883         if (s->data == D_PHASE)
 884             ctx->internal->execute(ctx, calc_channel_phases, NULL, NULL, s->nb_display_channels);
 885
 886         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
 887         av_frame_free(&fin);
 888         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->hop_size);
 889         if (ret < 0)
 890             goto fail;
 891     }
 892
 893 fail:
 894     s->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 895     av_frame_free(&fin);
 896     return ret;
 897 }
 898
 899 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
 900     {
 901         .name         = "default",
 902         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 903         .filter_frame = filter_frame,
 904     },
 905     { NULL }
 906 };
 907
 908 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
 909     {
 910         .name          = "default",
 911         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 912         .config_props  = config_output,
 913         .request_frame = request_frame,
 914     },
 915     { NULL }
 916 };
 917
 918 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
 919     .name          = "showspectrum",
 920     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
 921     .uninit        = uninit,
 922     .query_formats = query_formats,
 923     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
 924     .inputs        = showspectrum_inputs,
 925     .outputs       = showspectrum_outputs,
 926     .priv_class    = &showspectrum_class,
 927     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 928 };
 929 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUM_FILTER
 930
 931 #if CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER
 932
 933 static const AVOption showspectrumpic_options[] = {
 934     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
 935     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "4096x2048"}, 0, 0, FLAGS },
 936     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, 0, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
 937         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 938         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
 939     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=INTENSITY}, 0, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
 940         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
 941         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
 942         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
 943         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
 944         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
 945         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
 946         { "fiery",     "fiery based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIERY},     0, 0, FLAGS, "color" },
 947         { "fruit",     "fruit based coloring",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FRUIT},     0, 0, FLAGS, "color" },
 948         { "cool",      "cool based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COOL},      0, 0, FLAGS, "color" },
 949     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LOG}, 0, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
 950         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 951         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 952         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
 953         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
 954         { "4thrt","4th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FOURTHRT}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 955         { "5thrt","5th root",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIFTHRT},  0, 0, FLAGS, "scale" },
 956     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
 957     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
 958         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 959         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 960         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 961         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 962         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 963         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 964         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 965         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 966         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 967         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 968         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 969         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 970         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 971         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 972         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 973         { "tukey",    "Tukey",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_TUKEY},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 974         { "dolph",    "Dolph-Chebyshev",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_DOLPH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 975         { "cauchy",   "Cauchy",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_CAUCHY},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
 976         { "parzen",   "Parzen",           0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_PARZEN},   0, 0, FLAGS, "win_func" },
 977         { "poisson",  "Poisson",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_POISSON},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 978     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
 979         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
 980         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
 981     { "gain", "set scale gain", OFFSET(gain), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, 0, 128, FLAGS },
 982     { "legend", "draw legend", OFFSET(legend), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 1}, 0, 1, FLAGS },
 983     { "rotation", "color rotation", OFFSET(rotation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, -1, 1, FLAGS },
 984     { NULL }
 985 };
 986
 987 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrumpic);
 988
 989 static void drawtext(AVFrame *pic, int x, int y, const char *txt, int o)
 990 {
 991     const uint8_t *font;
 992     int font_height;
 993     int i;
 994
 995     font = avpriv_cga_font,   font_height =  8;
 996
 997     for (i = 0; txt[i]; i++) {
 998         int char_y, mask;
 999
1000         if (o) {
1001             for (char_y = font_height - 1; char_y >= 0; char_y--) {
1002                 uint8_t *p = pic->data[0] + (y + i * 10) * pic->linesize[0] + x;
1003                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1004                     if (font[txt[i] * font_height + font_height - 1 - char_y] & mask)
1005                         p[char_y] = ~p[char_y];
1006                     p += pic->linesize[0];
1007                 }
1008             }
1009         } else {
1010             uint8_t *p = pic->data[0] + y*pic->linesize[0] + (x + i*8);
1011             for (char_y = 0; char_y < font_height; char_y++) {
1012                 for (mask = 0x80; mask; mask >>= 1) {
1013                     if (font[txt[i] * font_height + char_y] & mask)
1014                         *p = ~(*p);
1015                     p++;
1016                 }
1017                 p += pic->linesize[0] - 8;
1018             }
1019         }
1020     }
1021 }
1022
1023 static int showspectrumpic_request_frame(AVFilterLink *outlink)
1024 {
1025     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
1026     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1027     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
1028     int ret, samples;
1029
1030     ret = ff_request_frame(inlink);
1031     samples = av_audio_fifo_size(s->fifo);
1032     if (ret == AVERROR_EOF && s->outpicref && samples > 0) {
1033         int consumed = 0;
1034         int y, x = 0, sz = s->orientation == VERTICAL ? s->w : s->h;
1035         int ch, spf, spb;
1036         AVFrame *fin;
1037
1038         spf = s->win_size * (samples / ((s->win_size * sz) * ceil(samples / (float)(s->win_size * sz))));
1039         spf = FFMAX(1, spf);
1040
1041         spb = (samples / (spf * sz)) * spf;
1042
1043         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, s->win_size);
1044         if (!fin)
1045             return AVERROR(ENOMEM);
1046
1047         while (x < sz) {
1048             ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, s->win_size);
1049             if (ret < 0) {
1050                 av_frame_free(&fin);
1051                 return ret;
1052             }
1053
1054             av_audio_fifo_drain(s->fifo, spf);
1055
1056             if (ret < s->win_size) {
1057                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
1058                     memset(fin->extended_data[ch] + ret * sizeof(float), 0,
1059                            (s->win_size - ret) * sizeof(float));
1060                 }
1061             }
1062
1063             ctx->internal->execute(ctx, run_channel_fft, fin, NULL, s->nb_display_channels);
1064             acalc_magnitudes(s);
1065
1066             consumed += spf;
1067             if (consumed >= spb) {
1068                 int h = s->orientation == VERTICAL ? s->h : s->w;
1069
1070                 scale_magnitudes(s, 1. / (consumed / spf));
1071                 plot_spectrum_column(inlink, fin);
1072                 consumed = 0;
1073                 x++;
1074                 for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
1075                     memset(s->magnitudes[ch], 0, h * sizeof(float));
1076             }
1077         }
1078
1079         av_frame_free(&fin);
1080         s->outpicref->pts = 0;
1081
1082         if (s->legend) {
1083             int multi = (s->mode == SEPARATE && s->color_mode == CHANNEL);
1084             float spp = samples / (float)sz;
1085             char *text;
1086             uint8_t *dst;
1087             char chlayout_str[128];
1088
1089             av_get_channel_layout_string(chlayout_str, sizeof(chlayout_str), inlink->channels,
1090                                          inlink->channel_layout);
1091
1092             text = av_asprintf("%d Hz | %s", inlink->sample_rate, chlayout_str);
1093
1094             drawtext(s->outpicref, 2, outlink->h - 10, "CREATED BY LIBAVFILTER", 0);
1095             drawtext(s->outpicref, outlink->w - 2 - strlen(text) * 10, outlink->h - 10, text, 0);
1096
1097             av_freep(&text);
1098
1099             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1100             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1101                 dst[x] = 200;
1102             dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + s->h) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x - 1;
1103             for (x = 0; x < s->w + 1; x++)
1104                 dst[x] = 200;
1105             for (y = 0; y < s->h + 2; y++) {
1106                 dst = s->outpicref->data[0] + (y + s->start_y - 1) * s->outpicref->linesize[0];
1107                 dst[s->start_x - 1] = 200;
1108                 dst[s->start_x + s->w] = 200;
1109             }
1110             if (s->orientation == VERTICAL) {
1111                 int h = s->mode == SEPARATE ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1112                 int hh = s->mode == SEPARATE ? -(s->h % s->nb_display_channels) + 1 : 1;
1113                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1114                     for (y = 0; y < h; y += 20) {
1115                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - hh) * s->outpicref->linesize[0];
1116                         dst[s->start_x - 2] = 200;
1117                         dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1118                     }
1119                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1120                         dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + h * (ch + 1) - y - hh) * s->outpicref->linesize[0];
1121                         dst[s->start_x - 3] = 200;
1122                         dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1123                     }
1124                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1125                     for (x = 0; x < s->w; x+=40)
1126                         dst[x] = 200;
1127                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1128                     for (x = 0; x < s->w; x+=80)
1129                         dst[x] = 200;
1130                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1131                     for (x = 0; x < s->w; x+=40) {
1132                         dst[x] = 200;
1133                     }
1134                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x;
1135                     for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1136                         dst[x] = 200;
1137                     }
1138                     for (y = 0; y < h; y += 40) {
1139                         float hertz = y * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(h)));
1140                         char *units;
1141
1142                         if (hertz == 0)
1143                             units = av_asprintf("DC");
1144                         else
1145                             units = av_asprintf("%.2f", hertz);
1146                         if (!units)
1147                             return AVERROR(ENOMEM);
1148
1149                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, h * (ch + 1) + s->start_y - y - 4 - hh, units, 0);
1150                         av_free(units);
1151                     }
1152                 }
1153
1154                 for (x = 0; x < s->w; x+=80) {
1155                     float seconds = x * spp / inlink->sample_rate;
1156                     char *units;
1157
1158                     if (x == 0)
1159                         units = av_asprintf("0");
1160                     else if (log10(seconds) > 6)
1161                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1162                     else if (log10(seconds) > 3)
1163                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1164                     else
1165                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1166                     if (!units)
1167                         return AVERROR(ENOMEM);
1168
1169                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1170                     drawtext(s->outpicref, s->start_x + x - 4 * strlen(units), s->start_y - 12, units, 0);
1171                     av_free(units);
1172                 }
1173
1174                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 4 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "TIME", 0);
1175                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 14 * 4, "FREQUENCY (Hz)", 1);
1176             } else {
1177                 int w = s->mode == SEPARATE ? s->w / s->nb_display_channels : s->w;
1178                 for (y = 0; y < s->h; y += 20) {
1179                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1180                     dst[s->start_x - 2] = 200;
1181                     dst[s->start_x + s->w + 1] = 200;
1182                 }
1183                 for (y = 0; y < s->h; y += 40) {
1184                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y + y) * s->outpicref->linesize[0];
1185                     dst[s->start_x - 3] = 200;
1186                     dst[s->start_x + s->w + 2] = 200;
1187                 }
1188                 for (ch = 0; ch < (s->mode == SEPARATE ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1189                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1190                     for (x = 0; x < w; x+=40)
1191                         dst[x] = 200;
1192                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->start_y - 3) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1193                     for (x = 0; x < w; x+=80)
1194                         dst[x] = 200;
1195                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 1) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1196                     for (x = 0; x < w; x+=40) {
1197                         dst[x] = 200;
1198                     }
1199                     dst = s->outpicref->data[0] + (s->h + s->start_y + 2) * s->outpicref->linesize[0] + s->start_x + w * ch;
1200                     for (x = 0; x < w; x+=80) {
1201                         dst[x] = 200;
1202                     }
1203                     for (x = 0; x < w - 79; x += 80) {
1204                         float hertz = x * (inlink->sample_rate / 2) / (float)(1 << (int)ceil(log2(w)));
1205                         char *units;
1206
1207                         if (hertz == 0)
1208                             units = av_asprintf("DC");
1209                         else
1210                             units = av_asprintf("%.2f", hertz);
1211                         if (!units)
1212                             return AVERROR(ENOMEM);
1213
1214                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->start_y - 12, units, 0);
1215                         drawtext(s->outpicref, s->start_x - 4 * strlen(units) + x + w * ch, s->h + s->start_y + 6, units, 0);
1216                         av_free(units);
1217                     }
1218                 }
1219                 for (y = 0; y < s->h; y+=40) {
1220                     float seconds = y * spp / inlink->sample_rate;
1221                     char *units;
1222
1223                     if (x == 0)
1224                         units = av_asprintf("0");
1225                     else if (log10(seconds) > 6)
1226                         units = av_asprintf("%.2fh", seconds / (60 * 60));
1227                     else if (log10(seconds) > 3)
1228                         units = av_asprintf("%.2fm", seconds / 60);
1229                     else
1230                         units = av_asprintf("%.2fs", seconds);
1231                     if (!units)
1232                         return AVERROR(ENOMEM);
1233
1234                     drawtext(s->outpicref, s->start_x - 8 * strlen(units) - 4, s->start_y + y - 4, units, 0);
1235                     av_free(units);
1236                 }
1237                 drawtext(s->outpicref, s->start_x / 7, outlink->h / 2 - 4 * 4, "TIME", 1);
1238                 drawtext(s->outpicref, outlink->w / 2 - 14 * 4, outlink->h - s->start_y / 2, "FREQUENCY (Hz)", 0);
1239             }
1240
1241             for (ch = 0; ch < (multi ? s->nb_display_channels : 1); ch++) {
1242                 int h = multi ? s->h / s->nb_display_channels : s->h;
1243
1244                 for (y = 0; y < h; y++) {
1245                     float out[3] = { 0., 127.5, 127.5};
1246                     int chn;
1247
1248                     for (chn = 0; chn < (s->mode == SEPARATE ? 1 : s->nb_display_channels); chn++) {
1249                         float yf, uf, vf;
1250                         int channel = (multi) ? s->nb_display_channels - ch - 1 : chn;
1251                         float lout[3];
1252
1253                         color_range(s, channel, &yf, &uf, &vf);
1254                         pick_color(s, yf, uf, vf, y / (float)h, lout);
1255                         out[0] += lout[0];
1256                         out[1] += lout[1];
1257                         out[2] += lout[2];
1258                     }
1259                     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);
1260                     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);
1261                     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);
1262                 }
1263
1264                 for (y = 0; ch == 0 && y < h; y += h / 10) {
1265                     float value = 120.0 * log10(1. - y / (float)h);
1266                     char *text;
1267
1268                     if (value < -120)
1269                         break;
1270                     text = av_asprintf("%.0f dB", value);
1271                     if (!text)
1272                         continue;
1273                     drawtext(s->outpicref, s->w + s->start_x + 35, s->start_y + y - 5, text, 0);
1274                     av_free(text);
1275                 }
1276             }
1277         }
1278
1279         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
1280         s->outpicref = NULL;
1281     }
1282
1283     return ret;
1284 }
1285
1286 static int showspectrumpic_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
1287 {
1288     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1289     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
1290     int ret;
1291
1292     ret = av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
1293     av_frame_free(&insamples);
1294     return ret;
1295 }
1296
1297 static const AVFilterPad showspectrumpic_inputs[] = {
1298     {
1299         .name         = "default",
1300         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1301         .filter_frame = showspectrumpic_filter_frame,
1302     },
1303     { NULL }
1304 };
1305
1306 static const AVFilterPad showspectrumpic_outputs[] = {
1307     {
1308         .name          = "default",
1309         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1310         .config_props  = config_output,
1311         .request_frame = showspectrumpic_request_frame,
1312     },
1313     { NULL }
1314 };
1315
1316 AVFilter ff_avf_showspectrumpic = {
1317     .name          = "showspectrumpic",
1318     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output single picture."),
1319     .uninit        = uninit,
1320     .query_formats = query_formats,
1321     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
1322     .inputs        = showspectrumpic_inputs,
1323     .outputs       = showspectrumpic_outputs,
1324     .priv_class    = &showspectrumpic_class,
1325     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1326 };
1327
1328 #endif // CONFIG_SHOWSPECTRUMPIC_FILTER