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

   1 /*
   2  * Copyright (c) Stefano Sabatini 2011
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 /**
  22  * @file
  23  * cellular automaton video source, based on Stephen Wolfram "experimentus crucis"
  24  */
  25
  26 /* #define DEBUG */
  27
  28 #include "libavutil/file.h"
  29 #include "libavutil/lfg.h"
  30 #include "libavutil/opt.h"
  31 #include "libavutil/parseutils.h"
  32 #include "libavutil/random_seed.h"
  33 #include "avfilter.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "formats.h"
  36 #include "video.h"
  37
  38 typedef struct {
  39     const AVClass *class;
  40     int w, h;
  41     char *filename;
  42     char *rule_str;
  43     uint8_t *file_buf;
  44     size_t file_bufsize;
  45     uint8_t *buf;
  46     int buf_prev_row_idx, buf_row_idx;
  47     uint8_t rule;
  48     uint64_t pts;
  49     AVRational time_base;
  50     char *rate;                 ///< video frame rate
  51     double   random_fill_ratio;
  52     uint32_t random_seed;
  53     int stitch, scroll, start_full;
  54     int64_t generation;         ///< the generation number, starting from 0
  55     AVLFG lfg;
  56     char *pattern;
  57 } CellAutoContext;
  58
  59 #define OFFSET(x) offsetof(CellAutoContext, x)
  60
  61 static const AVOption cellauto_options[] = {
  62     { "filename", "read initial pattern from file", OFFSET(filename), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0 },
  63     { "f",        "read initial pattern from file", OFFSET(filename), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0 },
  64     { "pattern",  "set initial pattern", OFFSET(pattern), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0 },
  65     { "p",        "set initial pattern", OFFSET(pattern), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0 },
  66     { "rate",     "set video rate", OFFSET(rate), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "25"}, 0, 0 },
  67     { "r",        "set video rate", OFFSET(rate), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "25"}, 0, 0 },
  68     { "size",     "set video size", OFFSET(w),    AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL}, 0, 0 },
  69     { "s",        "set video size", OFFSET(w),    AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL}, 0, 0 },
  70     { "rule",     "set rule",       OFFSET(rule), AV_OPT_TYPE_INT,    {.dbl = 110},  0, 255 },
  71     { "random_fill_ratio", "set fill ratio for filling initial grid randomly", OFFSET(random_fill_ratio), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl = 1/M_PHI}, 0, 1 },
  72     { "ratio",             "set fill ratio for filling initial grid randomly", OFFSET(random_fill_ratio), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl = 1/M_PHI}, 0, 1 },
  73     { "random_seed", "set the seed for filling the initial grid randomly", OFFSET(random_seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = -1}, -1, UINT32_MAX },
  74     { "seed",        "set the seed for filling the initial grid randomly", OFFSET(random_seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = -1}, -1, UINT32_MAX },
  75     { "scroll",      "scroll pattern downward", OFFSET(scroll), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 1}, 0, 1 },
  76     { "start_full",  "start filling the whole video", OFFSET(start_full), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 0}, 0, 1 },
  77     { "full",        "start filling the whole video", OFFSET(start_full), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 1}, 0, 1 },
  78     { "stitch",      "stitch boundaries", OFFSET(stitch), AV_OPT_TYPE_INT,    {.dbl = 1},   0, 1 },
  79     { NULL },
  80 };
  81
  82 AVFILTER_DEFINE_CLASS(cellauto);
  83
  84 #ifdef DEBUG
  85 static void show_cellauto_row(AVFilterContext *ctx)
  86 {
  87     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
  88     int i;
  89     uint8_t *row = cellauto->buf + cellauto->w * cellauto->buf_row_idx;
  90     char *line = av_malloc(cellauto->w + 1);
  91     if (!line)
  92         return;
  93
  94     for (i = 0; i < cellauto->w; i++)
  95         line[i] = row[i] ? '@' : ' ';
  96     line[i] = 0;
  97     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "generation:%"PRId64" row:%s|\n", cellauto->generation, line);
  98     av_free(line);
  99 }
 100 #endif
 101
 102 static int init_pattern_from_string(AVFilterContext *ctx)
 103 {
 104     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
 105     char *p;
 106     int i, w = 0;
 107
 108     w = strlen(cellauto->pattern);
 109     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "w:%d\n", w);
 110
 111     if (cellauto->w) {
 112         if (w > cellauto->w) {
 113             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 114                    "The specified width is %d which cannot contain the provided string width of %d\n",
 115                    cellauto->w, w);
 116             return AVERROR(EINVAL);
 117         }
 118     } else {
 119         /* width was not specified, set it to width of the provided row */
 120         cellauto->w = w;
 121         cellauto->h = (double)cellauto->w * M_PHI;
 122     }
 123
 124     cellauto->buf = av_mallocz(sizeof(uint8_t) * cellauto->w * cellauto->h);
 125     if (!cellauto->buf)
 126         return AVERROR(ENOMEM);
 127
 128     /* fill buf */
 129     p = cellauto->pattern;
 130     for (i = (cellauto->w - w)/2;; i++) {
 131         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "%d %c\n", i, *p == '\n' ? 'N' : *p);
 132         if (*p == '\n' || !*p)
 133             break;
 134         else
 135             cellauto->buf[i] = !!isgraph(*(p++));
 136     }
 137
 138     return 0;
 139 }
 140
 141 static int init_pattern_from_file(AVFilterContext *ctx)
 142 {
 143     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
 144     int ret;
 145
 146     ret = av_file_map(cellauto->filename,
 147                       &cellauto->file_buf, &cellauto->file_bufsize, 0, ctx);
 148     if (ret < 0)
 149         return ret;
 150
 151     /* create a string based on the read file */
 152     cellauto->pattern = av_malloc(cellauto->file_bufsize + 1);
 153     if (!cellauto->pattern)
 154         return AVERROR(ENOMEM);
 155     memcpy(cellauto->pattern, cellauto->file_buf, cellauto->file_bufsize);
 156     cellauto->pattern[cellauto->file_bufsize] = 0;
 157
 158     return init_pattern_from_string(ctx);
 159 }
 160
 161 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 162 {
 163     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
 164     AVRational frame_rate;
 165     int ret;
 166
 167     cellauto->class = &cellauto_class;
 168     av_opt_set_defaults(cellauto);
 169
 170     if ((ret = av_set_options_string(cellauto, args, "=", ":")) < 0)
 171         return ret;
 172
 173     if ((ret = av_parse_video_rate(&frame_rate, cellauto->rate)) < 0) {
 174         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame rate: %s\n", cellauto->rate);
 175         return AVERROR(EINVAL);
 176     }
 177
 178     if (!cellauto->w && !cellauto->filename && !cellauto->pattern)
 179         av_opt_set(cellauto, "size", "320x518", 0);
 180
 181     cellauto->time_base.num = frame_rate.den;
 182     cellauto->time_base.den = frame_rate.num;
 183
 184     if (cellauto->filename && cellauto->pattern) {
 185         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Only one of the filename or pattern options can be used\n");
 186         return AVERROR(EINVAL);
 187     }
 188
 189     if (cellauto->filename) {
 190         if ((ret = init_pattern_from_file(ctx)) < 0)
 191             return ret;
 192     } else if (cellauto->pattern) {
 193         if ((ret = init_pattern_from_string(ctx)) < 0)
 194             return ret;
 195     } else {
 196         /* fill the first row randomly */
 197         int i;
 198
 199         cellauto->buf = av_mallocz(sizeof(uint8_t) * cellauto->w * cellauto->h);
 200         if (!cellauto->buf)
 201             return AVERROR(ENOMEM);
 202         if (cellauto->random_seed == -1)
 203             cellauto->random_seed = av_get_random_seed();
 204
 205         av_lfg_init(&cellauto->lfg, cellauto->random_seed);
 206
 207         for (i = 0; i < cellauto->w; i++) {
 208             double r = (double)av_lfg_get(&cellauto->lfg) / UINT32_MAX;
 209             if (r <= cellauto->random_fill_ratio)
 210                 cellauto->buf[i] = 1;
 211         }
 212     }
 213
 214     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
 215            "s:%dx%d r:%d/%d rule:%d stitch:%d scroll:%d full:%d seed:%u\n",
 216            cellauto->w, cellauto->h, frame_rate.num, frame_rate.den,
 217            cellauto->rule, cellauto->stitch, cellauto->scroll, cellauto->start_full,
 218            cellauto->random_seed);
 219     return 0;
 220 }
 221
 222 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 223 {
 224     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
 225
 226     av_file_unmap(cellauto->file_buf, cellauto->file_bufsize);
 227     av_freep(&cellauto->buf);
 228     av_freep(&cellauto->pattern);
 229 }
 230
 231 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
 232 {
 233     CellAutoContext *cellauto = outlink->src->priv;
 234
 235     outlink->w = cellauto->w;
 236     outlink->h = cellauto->h;
 237     outlink->time_base = cellauto->time_base;
 238
 239     return 0;
 240 }
 241
 242 static void evolve(AVFilterContext *ctx)
 243 {
 244     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
 245     int i, v, pos[3];
 246     uint8_t *row, *prev_row = cellauto->buf + cellauto->buf_row_idx * cellauto->w;
 247     enum { NW, N, NE };
 248
 249     cellauto->buf_prev_row_idx = cellauto->buf_row_idx;
 250     cellauto->buf_row_idx      = cellauto->buf_row_idx == cellauto->h-1 ? 0 : cellauto->buf_row_idx+1;
 251     row = cellauto->buf + cellauto->w * cellauto->buf_row_idx;
 252
 253     for (i = 0; i < cellauto->w; i++) {
 254         if (cellauto->stitch) {
 255             pos[NW] = i-1 < 0 ? cellauto->w-1 : i-1;
 256             pos[N]  = i;
 257             pos[NE] = i+1 == cellauto->w ? 0  : i+1;
 258             v = prev_row[pos[NW]]<<2 | prev_row[pos[N]]<<1 | prev_row[pos[NE]];
 259         } else {
 260             v = 0;
 261             v|= i-1 >= 0          ? prev_row[i-1]<<2 : 0;
 262             v|=                     prev_row[i  ]<<1    ;
 263             v|= i+1 < cellauto->w ? prev_row[i+1]    : 0;
 264         }
 265         row[i] = !!(cellauto->rule & (1<<v));
 266         av_dlog(ctx, "i:%d context:%c%c%c -> cell:%d\n", i,
 267                 v&4?'@':' ', v&2?'@':' ', v&1?'@':' ', row[i]);
 268     }
 269
 270     cellauto->generation++;
 271 }
 272
 273 static void fill_picture(AVFilterContext *ctx, AVFilterBufferRef *picref)
 274 {
 275     CellAutoContext *cellauto = ctx->priv;
 276     int i, j, k, row_idx = 0;
 277     uint8_t *p0 = picref->data[0];
 278
 279     if (cellauto->scroll && cellauto->generation >= cellauto->h)
 280         /* show on top the oldest row */
 281         row_idx = (cellauto->buf_row_idx + 1) % cellauto->h;
 282
 283     /* fill the output picture with the whole buffer */
 284     for (i = 0; i < cellauto->h; i++) {
 285         uint8_t byte = 0;
 286         uint8_t *row = cellauto->buf + row_idx*cellauto->w;
 287         uint8_t *p = p0;
 288         for (k = 0, j = 0; j < cellauto->w; j++) {
 289             byte |= row[j]<<(7-k++);
 290             if (k==8 || j == cellauto->w-1) {
 291                 k = 0;
 292                 *p++ = byte;
 293                 byte = 0;
 294             }
 295         }
 296         row_idx = (row_idx + 1) % cellauto->h;
 297         p0 += picref->linesize[0];
 298     }
 299 }
 300
 301 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 302 {
 303     CellAutoContext *cellauto = outlink->src->priv;
 304     AVFilterBufferRef *picref =
 305         ff_get_video_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, cellauto->w, cellauto->h);
 306     picref->video->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
 307     if (cellauto->generation == 0 && cellauto->start_full) {
 308         int i;
 309         for (i = 0; i < cellauto->h-1; i++)
 310             evolve(outlink->src);
 311     }
 312     fill_picture(outlink->src, picref);
 313     evolve(outlink->src);
 314
 315     picref->pts = cellauto->pts++;
 316     picref->pos = -1;
 317
 318 #ifdef DEBUG
 319     show_cellauto_row(outlink->src);
 320 #endif
 321
 322     ff_start_frame(outlink, avfilter_ref_buffer(picref, ~0));
 323     ff_draw_slice(outlink, 0, cellauto->h, 1);
 324     ff_end_frame(outlink);
 325     avfilter_unref_buffer(picref);
 326
 327     return 0;
 328 }
 329
 330 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 331 {
 332     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = { PIX_FMT_MONOBLACK, PIX_FMT_NONE };
 333     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 334     return 0;
 335 }
 336
 337 AVFilter avfilter_vsrc_cellauto = {
 338     .name        = "cellauto",
 339     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Create pattern generated by an elementary cellular automaton."),
 340     .priv_size = sizeof(CellAutoContext),
 341     .init      = init,
 342     .uninit    = uninit,
 343     .query_formats = query_formats,
 344
 345     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {
 346         { .name = NULL}
 347     },
 348     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {
 349         { .name            = "default",
 350           .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 351           .request_frame   = request_frame,
 352           .config_props    = config_props },
 353         { .name = NULL}
 354     },
 355 };