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/channel_layout.h"
  35 #include "libavutil/opt.h"
  36 #include "audio.h"
  37 #include "video.h"
  38 #include "avfilter.h"
  39 #include "internal.h"
  40 #include "window_func.h"
  41
  42 enum DisplayMode  { COMBINED, SEPARATE, NB_MODES };
  43 enum DisplayScale { LINEAR, SQRT, CBRT, LOG, NB_SCALES };
  44 enum ColorMode    { CHANNEL, INTENSITY, RAINBOW, MORELAND, NEBULAE, FIRE, NB_CLMODES };
  45 enum SlideMode    { REPLACE, SCROLL, FULLFRAME, RSCROLL, NB_SLIDES };
  46 enum Orientation  { VERTICAL, HORIZONTAL, NB_ORIENTATIONS };
  47
  48 typedef struct {
  49     const AVClass *class;
  50     int w, h;
  51     AVFrame *outpicref;
  52     int nb_display_channels;
  53     int orientation;
  54     int channel_width;
  55     int channel_height;
  56     int sliding;                ///< 1 if sliding mode, 0 otherwise
  57     int mode;                   ///< channel display mode
  58     int color_mode;             ///< display color scheme
  59     int scale;
  60     float saturation;           ///< color saturation multiplier
  61     int xpos;                   ///< x position (current column)
  62     RDFTContext *rdft;          ///< Real Discrete Fourier Transform context
  63     int rdft_bits;              ///< number of bits (RDFT window size = 1<<rdft_bits)
  64     FFTSample **rdft_data;      ///< bins holder for each (displayed) channels
  65     float *window_func_lut;     ///< Window function LUT
  66     int win_func;
  67     double win_scale;
  68     float overlap;
  69     int skip_samples;
  70     float *combine_buffer;      ///< color combining buffer (3 * h items)
  71     AVAudioFifo *fifo;
  72     int64_t pts;
  73 } ShowSpectrumContext;
  74
  75 #define OFFSET(x) offsetof(ShowSpectrumContext, x)
  76 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  77
  78 static const AVOption showspectrum_options[] = {
  79     { "size", "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
  80     { "s",    "set video size", OFFSET(w), AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = "640x512"}, 0, 0, FLAGS },
  81     { "slide", "set sliding mode", OFFSET(sliding), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, NB_SLIDES-1, FLAGS, "slide" },
  82         { "replace", "replace old columns with new", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=REPLACE}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  83         { "scroll", "scroll from right to left", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  84         { "rscroll", "scroll from left to right", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RSCROLL}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  85         { "fullframe", "return full frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FULLFRAME}, 0, 0, FLAGS, "slide" },
  86     { "mode", "set channel display mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COMBINED}, COMBINED, NB_MODES-1, FLAGS, "mode" },
  87         { "combined", "combined mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COMBINED}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
  88         { "separate", "separate mode", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SEPARATE}, 0, 0, FLAGS, "mode" },
  89     { "color", "set channel coloring", OFFSET(color_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=CHANNEL}, CHANNEL, NB_CLMODES-1, FLAGS, "color" },
  90         { "channel",   "separate color for each channel", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CHANNEL},   0, 0, FLAGS, "color" },
  91         { "intensity", "intensity based coloring",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=INTENSITY}, 0, 0, FLAGS, "color" },
  92         { "rainbow",   "rainbow based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=RAINBOW},   0, 0, FLAGS, "color" },
  93         { "moreland",  "moreland based coloring",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MORELAND},  0, 0, FLAGS, "color" },
  94         { "nebulae",   "nebulae based coloring",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NEBULAE},   0, 0, FLAGS, "color" },
  95         { "fire",      "fire based coloring",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FIRE},      0, 0, FLAGS, "color" },
  96     { "scale", "set display scale", OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=SQRT}, LINEAR, NB_SCALES-1, FLAGS, "scale" },
  97         { "sqrt", "square root", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=SQRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
  98         { "cbrt", "cubic root",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CBRT},   0, 0, FLAGS, "scale" },
  99         { "log",  "logarithmic", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LOG},    0, 0, FLAGS, "scale" },
 100         { "lin",  "linear",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "scale" },
 101     { "saturation", "color saturation multiplier", OFFSET(saturation), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 1}, -10, 10, FLAGS },
 102     { "win_func", "set window function", OFFSET(win_func), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = WFUNC_HANNING}, 0, NB_WFUNC-1, FLAGS, "win_func" },
 103         { "rect",     "Rectangular",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_RECT},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 104         { "bartlett", "Bartlett",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BARTLETT}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 105         { "hann",     "Hann",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 106         { "hanning",  "Hanning",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HANNING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 107         { "hamming",  "Hamming",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_HAMMING},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 108         { "blackman", "Blackman",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BLACKMAN}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 109         { "welch",    "Welch",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_WELCH},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 110         { "flattop",  "Flat-top",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_FLATTOP},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 111         { "bharris",  "Blackman-Harris",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHARRIS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 112         { "bnuttall", "Blackman-Nuttall", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BNUTTALL}, 0, 0, FLAGS, "win_func" },
 113         { "bhann",    "Bartlett-Hann",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_BHANN},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 114         { "sine",     "Sine",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_SINE},     0, 0, FLAGS, "win_func" },
 115         { "nuttall",  "Nuttall",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_NUTTALL},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 116         { "lanczos",  "Lanczos",          0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_LANCZOS},  0, 0, FLAGS, "win_func" },
 117         { "gauss",    "Gauss",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=WFUNC_GAUSS},    0, 0, FLAGS, "win_func" },
 118     { "orientation", "set orientation", OFFSET(orientation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=VERTICAL}, 0, NB_ORIENTATIONS-1, FLAGS, "orientation" },
 119         { "vertical",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=VERTICAL},   0, 0, FLAGS, "orientation" },
 120         { "horizontal", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=HORIZONTAL}, 0, 0, FLAGS, "orientation" },
 121     { "overlap", "set window overlap", OFFSET(overlap), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl = 0}, 0, 1, FLAGS },
 122     { NULL }
 123 };
 124
 125 AVFILTER_DEFINE_CLASS(showspectrum);
 126
 127 static const struct ColorTable {
 128     float a, y, u, v;
 129 } color_table[][8] = {
 130     [INTENSITY] = {
 131     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 132     { 0.13, .03587126228984074,  .1573300977624594, -.02548747583751842 },
 133     { 0.30, .18572281794568020,  .1772436246393981,  .17475554840414750 },
 134     { 0.60, .28184980583656130, -.1593064119945782,  .47132074554608920 },
 135     { 0.73, .65830621175547810, -.3716070802232764,  .24352759331252930 },
 136     { 0.78, .76318535758242900, -.4307467689263783,  .16866496622310430 },
 137     { 0.91, .95336363636363640, -.2045454545454546,  .03313636363636363 },
 138     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 139     [RAINBOW] = {
 140     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 141     { 0.13,            44/256.,     (189-128)/256.,      (138-128)/256. },
 142     { 0.25,            29/256.,     (186-128)/256.,      (119-128)/256. },
 143     { 0.38,           119/256.,     (194-128)/256.,       (53-128)/256. },
 144     { 0.60,           111/256.,      (73-128)/256.,       (59-128)/256. },
 145     { 0.73,           205/256.,      (19-128)/256.,      (149-128)/256. },
 146     { 0.86,           135/256.,      (83-128)/256.,      (200-128)/256. },
 147     {    1,            73/256.,      (95-128)/256.,      (225-128)/256. }},
 148     [MORELAND] = {
 149     {    0,            44/256.,     (181-128)/256.,      (112-128)/256. },
 150     { 0.13,           126/256.,     (177-128)/256.,      (106-128)/256. },
 151     { 0.25,           164/256.,     (163-128)/256.,      (109-128)/256. },
 152     { 0.38,           200/256.,     (140-128)/256.,      (120-128)/256. },
 153     { 0.60,           201/256.,     (117-128)/256.,      (141-128)/256. },
 154     { 0.73,           177/256.,     (103-128)/256.,      (165-128)/256. },
 155     { 0.86,           136/256.,     (100-128)/256.,      (183-128)/256. },
 156     {    1,            68/256.,     (117-128)/256.,      (203-128)/256. }},
 157     [NEBULAE] = {
 158     {    0,            10/256.,     (134-128)/256.,      (132-128)/256. },
 159     { 0.23,            21/256.,     (137-128)/256.,      (130-128)/256. },
 160     { 0.45,            35/256.,     (134-128)/256.,      (134-128)/256. },
 161     { 0.57,            51/256.,     (130-128)/256.,      (139-128)/256. },
 162     { 0.67,           104/256.,     (116-128)/256.,      (162-128)/256. },
 163     { 0.77,           120/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
 164     { 0.87,           140/256.,     (105-128)/256.,      (188-128)/256. },
 165     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 166     [FIRE] = {
 167     {    0,                  0,                  0,                   0 },
 168     { 0.23,            44/256.,     (132-128)/256.,      (127-128)/256. },
 169     { 0.45,            62/256.,     (116-128)/256.,      (140-128)/256. },
 170     { 0.57,            75/256.,     (105-128)/256.,      (152-128)/256. },
 171     { 0.67,            95/256.,      (91-128)/256.,      (166-128)/256. },
 172     { 0.77,           126/256.,      (74-128)/256.,      (172-128)/256. },
 173     { 0.87,           164/256.,      (73-128)/256.,      (162-128)/256. },
 174     {    1,                  1,                  0,                   0 }},
 175 };
 176
 177 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 178 {
 179     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 180     int i;
 181
 182     av_freep(&s->combine_buffer);
 183     av_rdft_end(s->rdft);
 184     for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 185         av_freep(&s->rdft_data[i]);
 186     av_freep(&s->rdft_data);
 187     av_freep(&s->window_func_lut);
 188     av_frame_free(&s->outpicref);
 189     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 190 }
 191
 192 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 193 {
 194     AVFilterFormats *formats = NULL;
 195     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 196     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 197     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 198     static const enum AVSampleFormat sample_fmts[] = { AV_SAMPLE_FMT_S16P, AV_SAMPLE_FMT_NONE };
 199     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE };
 200     int ret;
 201
 202     /* set input audio formats */
 203     formats = ff_make_format_list(sample_fmts);
 204     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_formats)) < 0)
 205         return ret;
 206
 207     layouts = ff_all_channel_layouts();
 208     if ((ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &inlink->out_channel_layouts)) < 0)
 209         return ret;
 210
 211     formats = ff_all_samplerates();
 212     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &inlink->out_samplerates)) < 0)
 213         return ret;
 214
 215     /* set output video format */
 216     formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
 217     if ((ret = ff_formats_ref(formats, &outlink->in_formats)) < 0)
 218         return ret;
 219
 220     return 0;
 221 }
 222
 223 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 224 {
 225     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 226     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 227     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 228     int i, rdft_bits, win_size, h, w;
 229     float overlap;
 230
 231     outlink->w = s->w;
 232     outlink->h = s->h;
 233
 234     h = (s->mode == COMBINED || s->orientation == HORIZONTAL) ? outlink->h : outlink->h / inlink->channels;
 235     w = (s->mode == COMBINED || s->orientation == VERTICAL)   ? outlink->w : outlink->w / inlink->channels;
 236     s->channel_height = h;
 237     s->channel_width  = w;
 238
 239     if (s->orientation == VERTICAL) {
 240         /* RDFT window size (precision) according to the requested output frame height */
 241         for (rdft_bits = 1; 1 << rdft_bits < 2 * h; rdft_bits++);
 242     } else {
 243         /* RDFT window size (precision) according to the requested output frame width */
 244         for (rdft_bits = 1; 1 << rdft_bits < 2 * w; rdft_bits++);
 245     }
 246     win_size = 1 << rdft_bits;
 247
 248     /* (re-)configuration if the video output changed (or first init) */
 249     if (rdft_bits != s->rdft_bits) {
 250         AVFrame *outpicref;
 251
 252         av_rdft_end(s->rdft);
 253         s->rdft = av_rdft_init(rdft_bits, DFT_R2C);
 254         if (!s->rdft) {
 255             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create RDFT context. "
 256                    "The window size might be too high.\n");
 257             return AVERROR(EINVAL);
 258         }
 259         s->rdft_bits = rdft_bits;
 260
 261         /* RDFT buffers: x2 for each (display) channel buffer.
 262          * Note: we use free and malloc instead of a realloc-like function to
 263          * make sure the buffer is aligned in memory for the FFT functions. */
 264         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++)
 265             av_freep(&s->rdft_data[i]);
 266         av_freep(&s->rdft_data);
 267         s->nb_display_channels = inlink->channels;
 268
 269         s->rdft_data = av_calloc(s->nb_display_channels, sizeof(*s->rdft_data));
 270         if (!s->rdft_data)
 271             return AVERROR(ENOMEM);
 272         for (i = 0; i < s->nb_display_channels; i++) {
 273             s->rdft_data[i] = av_calloc(win_size, sizeof(**s->rdft_data));
 274             if (!s->rdft_data[i])
 275                 return AVERROR(ENOMEM);
 276         }
 277
 278         /* pre-calc windowing function */
 279         s->window_func_lut =
 280             av_realloc_f(s->window_func_lut, win_size,
 281                          sizeof(*s->window_func_lut));
 282         if (!s->window_func_lut)
 283             return AVERROR(ENOMEM);
 284         ff_generate_window_func(s->window_func_lut, win_size, s->win_func, &overlap);
 285         if (s->overlap == 1)
 286             s->overlap = overlap;
 287         s->skip_samples = (1. - s->overlap) * win_size;
 288         if (s->skip_samples < 1) {
 289             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "overlap %f too big\n", s->overlap);
 290             return AVERROR(EINVAL);
 291         }
 292
 293         for (s->win_scale = 0, i = 0; i < win_size; i++) {
 294             s->win_scale += s->window_func_lut[i] * s->window_func_lut[i];
 295         }
 296         s->win_scale = 1. / (sqrt(s->win_scale) * 32768.);
 297
 298         /* prepare the initial picref buffer (black frame) */
 299         av_frame_free(&s->outpicref);
 300         s->outpicref = outpicref =
 301             ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 302         if (!outpicref)
 303             return AVERROR(ENOMEM);
 304         outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
 305         for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 306             memset(outpicref->data[0] + i * outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 307             memset(outpicref->data[1] + i * outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 308             memset(outpicref->data[2] + i * outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 309         }
 310     }
 311
 312     if ((s->orientation == VERTICAL   && s->xpos >= outlink->w) ||
 313         (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= outlink->h))
 314         s->xpos = 0;
 315
 316     outlink->frame_rate = av_make_q(inlink->sample_rate, win_size * (1.-s->overlap));
 317     if (s->orientation == VERTICAL && s->sliding == FULLFRAME)
 318         outlink->frame_rate.den *= outlink->w;
 319     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->sliding == FULLFRAME)
 320         outlink->frame_rate.den *= outlink->h;
 321
 322     if (s->orientation == VERTICAL) {
 323         s->combine_buffer =
 324             av_realloc_f(s->combine_buffer, outlink->h * 3,
 325                          sizeof(*s->combine_buffer));
 326     } else {
 327         s->combine_buffer =
 328             av_realloc_f(s->combine_buffer, outlink->w * 3,
 329                          sizeof(*s->combine_buffer));
 330     }
 331
 332     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "s:%dx%d RDFT window size:%d\n",
 333            s->w, s->h, win_size);
 334
 335     av_audio_fifo_free(s->fifo);
 336     s->fifo = av_audio_fifo_alloc(inlink->format, inlink->channels, win_size);
 337     if (!s->fifo)
 338         return AVERROR(ENOMEM);
 339     return 0;
 340 }
 341
 342 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 343 {
 344     ShowSpectrumContext *s = outlink->src->priv;
 345     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 346     unsigned i;
 347     int ret;
 348
 349     ret = ff_request_frame(inlink);
 350     if (ret == AVERROR_EOF && s->sliding == FULLFRAME && s->xpos > 0 &&
 351         s->outpicref) {
 352         if (s->orientation == VERTICAL) {
 353             for (i = 0; i < outlink->h; i++) {
 354                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0] + s->xpos,   0, outlink->w - s->xpos);
 355                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 356                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2] + s->xpos, 128, outlink->w - s->xpos);
 357             }
 358         } else {
 359             for (i = s->xpos; i < outlink->h; i++) {
 360                 memset(s->outpicref->data[0] + i * s->outpicref->linesize[0],   0, outlink->w);
 361                 memset(s->outpicref->data[1] + i * s->outpicref->linesize[1], 128, outlink->w);
 362                 memset(s->outpicref->data[2] + i * s->outpicref->linesize[2], 128, outlink->w);
 363             }
 364         }
 365         ret = ff_filter_frame(outlink, s->outpicref);
 366         s->outpicref = NULL;
 367     }
 368
 369     return ret;
 370 }
 371
 372 static int plot_spectrum_column(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 373 {
 374     int ret;
 375     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 376     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 377     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 378     AVFrame *outpicref = s->outpicref;
 379
 380     /* nb_freq contains the power of two superior or equal to the output image
 381      * height (or half the RDFT window size) */
 382     const int nb_freq = 1 << (s->rdft_bits - 1);
 383     const int win_size = nb_freq << 1;
 384     const double w = s->win_scale;
 385     int h = s->orientation == VERTICAL ? s->channel_height : s->channel_width;
 386
 387     int ch, plane, n, x, y;
 388
 389     av_assert0(insamples->nb_samples == win_size);
 390
 391     /* fill RDFT input with the number of samples available */
 392     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 393         const int16_t *p = (int16_t *)insamples->extended_data[ch];
 394
 395         for (n = 0; n < win_size; n++)
 396             s->rdft_data[ch][n] = p[n] * s->window_func_lut[n];
 397     }
 398
 399     /* run RDFT on each samples set */
 400     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++)
 401         av_rdft_calc(s->rdft, s->rdft_data[ch]);
 402
 403     /* fill a new spectrum column */
 404 #define RE(y, ch) s->rdft_data[ch][2 * (y) + 0]
 405 #define IM(y, ch) s->rdft_data[ch][2 * (y) + 1]
 406 #define MAGNITUDE(y, ch) hypot(RE(y, ch), IM(y, ch))
 407
 408     /* initialize buffer for combining to black */
 409     if (s->orientation == VERTICAL) {
 410         for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
 411             s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
 412             s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
 413             s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
 414         }
 415     } else {
 416         for (y = 0; y < outlink->w; y++) {
 417             s->combine_buffer[3 * y    ] = 0;
 418             s->combine_buffer[3 * y + 1] = 127.5;
 419             s->combine_buffer[3 * y + 2] = 127.5;
 420         }
 421     }
 422
 423     for (ch = 0; ch < s->nb_display_channels; ch++) {
 424         float yf, uf, vf;
 425
 426         /* decide color range */
 427         switch (s->mode) {
 428         case COMBINED:
 429             // reduce range by channel count
 430             yf = 256.0f / s->nb_display_channels;
 431             switch (s->color_mode) {
 432             case RAINBOW:
 433             case MORELAND:
 434             case NEBULAE:
 435             case FIRE:
 436             case INTENSITY:
 437                 uf = yf;
 438                 vf = yf;
 439                 break;
 440             case CHANNEL:
 441                 /* adjust saturation for mixed UV coloring */
 442                 /* this factor is correct for infinite channels, an approximation otherwise */
 443                 uf = yf * M_PI;
 444                 vf = yf * M_PI;
 445                 break;
 446             default:
 447                 av_assert0(0);
 448             }
 449             break;
 450         case SEPARATE:
 451             // full range
 452             yf = 256.0f;
 453             uf = 256.0f;
 454             vf = 256.0f;
 455             break;
 456         default:
 457             av_assert0(0);
 458         }
 459
 460         if (s->color_mode == CHANNEL) {
 461             if (s->nb_display_channels > 1) {
 462                 uf *= 0.5 * sin((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
 463                 vf *= 0.5 * cos((2 * M_PI * ch) / s->nb_display_channels);
 464             } else {
 465                 uf = 0.0f;
 466                 vf = 0.0f;
 467             }
 468         }
 469         uf *= s->saturation;
 470         vf *= s->saturation;
 471
 472         /* draw the channel */
 473         for (y = 0; y < h; y++) {
 474             int row = (s->mode == COMBINED) ? y : ch * h + y;
 475             float *out = &s->combine_buffer[3 * row];
 476
 477             /* get magnitude */
 478             float a = w * MAGNITUDE(y, ch);
 479
 480             /* apply scale */
 481             switch (s->scale) {
 482             case LINEAR:
 483                 break;
 484             case SQRT:
 485                 a = sqrt(a);
 486                 break;
 487             case CBRT:
 488                 a = cbrt(a);
 489                 break;
 490             case LOG:
 491                 a = 1 + log10(FFMAX(FFMIN(1, a), 1e-6)) / 5; // zero = -120dBFS
 492                 break;
 493             default:
 494                 av_assert0(0);
 495             }
 496
 497             if (s->color_mode > CHANNEL) {
 498                 const int cm = s->color_mode;
 499                 float y, u, v;
 500                 int i;
 501
 502                 for (i = 1; i < FF_ARRAY_ELEMS(color_table[cm]) - 1; i++)
 503                     if (color_table[cm][i].a >= a)
 504                         break;
 505                 // i now is the first item >= the color
 506                 // now we know to interpolate between item i - 1 and i
 507                 if (a <= color_table[cm][i - 1].a) {
 508                     y = color_table[cm][i - 1].y;
 509                     u = color_table[cm][i - 1].u;
 510                     v = color_table[cm][i - 1].v;
 511                 } else if (a >= color_table[cm][i].a) {
 512                     y = color_table[cm][i].y;
 513                     u = color_table[cm][i].u;
 514                     v = color_table[cm][i].v;
 515                 } else {
 516                     float start = color_table[cm][i - 1].a;
 517                     float end = color_table[cm][i].a;
 518                     float lerpfrac = (a - start) / (end - start);
 519                     y = color_table[cm][i - 1].y * (1.0f - lerpfrac)
 520                       + color_table[cm][i].y * lerpfrac;
 521                     u = color_table[cm][i - 1].u * (1.0f - lerpfrac)
 522                       + color_table[cm][i].u * lerpfrac;
 523                     v = color_table[cm][i - 1].v * (1.0f - lerpfrac)
 524                       + color_table[cm][i].v * lerpfrac;
 525                 }
 526
 527                 out[0] += y * yf;
 528                 out[1] += u * uf;
 529                 out[2] += v * vf;
 530             } else {
 531                 out[0] += a * yf;
 532                 out[1] += a * uf;
 533                 out[2] += a * vf;
 534             }
 535         }
 536     }
 537
 538     av_frame_make_writable(s->outpicref);
 539     /* copy to output */
 540     if (s->orientation == VERTICAL) {
 541         if (s->sliding == SCROLL) {
 542             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 543                 for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
 544                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 545                                  y * outpicref->linesize[plane];
 546                     memmove(p, p + 1, outlink->w - 1);
 547                 }
 548             }
 549             s->xpos = outlink->w - 1;
 550         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 551             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 552                 for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
 553                     uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 554                                  y * outpicref->linesize[plane];
 555                     memmove(p + 1, p, outlink->w - 1);
 556                 }
 557             }
 558             s->xpos = 0;
 559         }
 560         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 561             uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 562                          (outlink->h - 1) * outpicref->linesize[plane] +
 563                          s->xpos;
 564             for (y = 0; y < outlink->h; y++) {
 565                 *p = lrint(FFMAX(0, FFMIN(s->combine_buffer[3 * y + plane], 255)));
 566                 p -= outpicref->linesize[plane];
 567             }
 568         }
 569     } else {
 570         if (s->sliding == SCROLL) {
 571             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 572                 for (y = 1; y < outlink->h; y++) {
 573                     memmove(outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 574                             outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 575                             outlink->w);
 576                 }
 577             }
 578             s->xpos = outlink->h - 1;
 579         } else if (s->sliding == RSCROLL) {
 580             for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 581                 for (y = outlink->h - 1; y >= 1; y--) {
 582                     memmove(outpicref->data[plane] + (y  ) * outpicref->linesize[plane],
 583                             outpicref->data[plane] + (y-1) * outpicref->linesize[plane],
 584                             outlink->w);
 585                 }
 586             }
 587             s->xpos = 0;
 588         }
 589         for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 590             uint8_t *p = outpicref->data[plane] +
 591                          s->xpos * outpicref->linesize[plane];
 592             for (x = 0; x < outlink->w; x++) {
 593                 *p = lrint(FFMAX(0, FFMIN(s->combine_buffer[3 * x + plane], 255)));
 594                 p++;
 595             }
 596         }
 597     }
 598
 599     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0)
 600         outpicref->pts = insamples->pts;
 601
 602     s->xpos++;
 603     if (s->orientation == VERTICAL && s->xpos >= outlink->w)
 604         s->xpos = 0;
 605     if (s->orientation == HORIZONTAL && s->xpos >= outlink->h)
 606         s->xpos = 0;
 607     if (s->sliding != FULLFRAME || s->xpos == 0) {
 608         ret = ff_filter_frame(outlink, av_frame_clone(s->outpicref));
 609         if (ret < 0)
 610             return ret;
 611     }
 612
 613     return win_size;
 614 }
 615
 616 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *insamples)
 617 {
 618     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 619     ShowSpectrumContext *s = ctx->priv;
 620     unsigned win_size = 1 << s->rdft_bits;
 621     AVFrame *fin = NULL;
 622     int ret = 0;
 623
 624     av_audio_fifo_write(s->fifo, (void **)insamples->extended_data, insamples->nb_samples);
 625     av_frame_free(&insamples);
 626     while (av_audio_fifo_size(s->fifo) >= win_size) {
 627         fin = ff_get_audio_buffer(inlink, win_size);
 628         if (!fin) {
 629             ret = AVERROR(ENOMEM);
 630             goto fail;
 631         }
 632
 633         fin->pts = s->pts;
 634         s->pts += s->skip_samples;
 635         ret = av_audio_fifo_peek(s->fifo, (void **)fin->extended_data, win_size);
 636         if (ret < 0)
 637             goto fail;
 638
 639         ret = plot_spectrum_column(inlink, fin);
 640         av_frame_free(&fin);
 641         av_audio_fifo_drain(s->fifo, s->skip_samples);
 642         if (ret < 0)
 643             goto fail;
 644     }
 645
 646 fail:
 647     av_frame_free(&fin);
 648     return ret;
 649 }
 650
 651 static const AVFilterPad showspectrum_inputs[] = {
 652     {
 653         .name         = "default",
 654         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
 655         .filter_frame = filter_frame,
 656     },
 657     { NULL }
 658 };
 659
 660 static const AVFilterPad showspectrum_outputs[] = {
 661     {
 662         .name          = "default",
 663         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 664         .config_props  = config_output,
 665         .request_frame = request_frame,
 666     },
 667     { NULL }
 668 };
 669
 670 AVFilter ff_avf_showspectrum = {
 671     .name          = "showspectrum",
 672     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert input audio to a spectrum video output."),
 673     .uninit        = uninit,
 674     .query_formats = query_formats,
 675     .priv_size     = sizeof(ShowSpectrumContext),
 676     .inputs        = showspectrum_inputs,
 677     .outputs       = showspectrum_outputs,
 678     .priv_class    = &showspectrum_class,
 679 };