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

   1 /*
   2  * Copyright (c) Stefano Sabatini 2010
   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  * life video source, based on John Conways' Life Game
  24  */
  25
  26 /* #define DEBUG */
  27
  28 #include "libavutil/file.h"
  29 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  30 #include "libavutil/lfg.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "libavutil/parseutils.h"
  33 #include "libavutil/random_seed.h"
  34 #include "avfilter.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "formats.h"
  37 #include "video.h"
  38
  39 typedef struct {
  40     const AVClass *class;
  41     int w, h;
  42     char *filename;
  43     char *rule_str;
  44     uint8_t *file_buf;
  45     size_t file_bufsize;
  46
  47     /**
  48      * The two grid state buffers.
  49      *
  50      * A 0xFF (ALIVE_CELL) value means the cell is alive (or new born), while
  51      * the decreasing values from 0xFE to 0 means the cell is dead; the range
  52      * of values is used for the slow death effect, or mold (0xFE means dead,
  53      * 0xFD means very dead, 0xFC means very very dead... and 0x00 means
  54      * definitely dead/mold).
  55      */
  56     uint8_t *buf[2];
  57
  58     uint8_t  buf_idx;
  59     uint16_t stay_rule;         ///< encode the behavior for filled cells
  60     uint16_t born_rule;         ///< encode the behavior for empty cells
  61     uint64_t pts;
  62     AVRational time_base;
  63     char *rate;                 ///< video frame rate
  64     double   random_fill_ratio;
  65     uint32_t random_seed;
  66     int stitch;
  67     int mold;
  68     char  *life_color_str;
  69     char *death_color_str;
  70     char  *mold_color_str;
  71     uint8_t  life_color[4];
  72     uint8_t death_color[4];
  73     uint8_t  mold_color[4];
  74     AVLFG lfg;
  75     void (*draw)(AVFilterContext*, AVFilterBufferRef*);
  76 } LifeContext;
  77
  78 #define ALIVE_CELL 0xFF
  79 #define OFFSET(x) offsetof(LifeContext, x)
  80
  81 static const AVOption life_options[] = {
  82     { "filename", "set source file",  OFFSET(filename), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0 },
  83     { "f",        "set source file",  OFFSET(filename), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0 },
  84     { "size",     "set video size",   OFFSET(w),        AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL}, 0, 0 },
  85     { "s",        "set video size",   OFFSET(w),        AV_OPT_TYPE_IMAGE_SIZE, {.str = NULL}, 0, 0 },
  86     { "rate",     "set video rate",   OFFSET(rate),     AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "25"}, 0, 0 },
  87     { "r",        "set video rate",   OFFSET(rate),     AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "25"}, 0, 0 },
  88     { "rule",     "set rule",         OFFSET(rule_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "B3/S23"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  89     { "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 },
  90     { "ratio",             "set fill ratio for filling initial grid randomly", OFFSET(random_fill_ratio), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=1/M_PHI}, 0, 1 },
  91     { "random_seed", "set the seed for filling the initial grid randomly", OFFSET(random_seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=-1}, -1, UINT32_MAX },
  92     { "seed",        "set the seed for filling the initial grid randomly", OFFSET(random_seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=-1}, -1, UINT32_MAX },
  93     { "stitch",      "stitch boundaries", OFFSET(stitch), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=1}, 0, 1 },
  94     { "mold",        "set mold speed for dead cells", OFFSET(mold), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=0}, 0, 0xFF },
  95     { "life_color",  "set life color",  OFFSET( life_color_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="white"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  96     { "death_color", "set death color", OFFSET(death_color_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  97     { "mold_color",  "set mold color",  OFFSET( mold_color_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  98     { NULL },
  99 };
 100
 101 AVFILTER_DEFINE_CLASS(life);
 102
 103 static int parse_rule(uint16_t *born_rule, uint16_t *stay_rule,
 104                       const char *rule_str, void *log_ctx)
 105 {
 106     char *tail;
 107     const char *p = rule_str;
 108     *born_rule = 0;
 109     *stay_rule = 0;
 110
 111     if (strchr("bBsS", *p)) {
 112         /* parse rule as a Born / Stay Alive code, see
 113          * http://en.wikipedia.org/wiki/Conway%27s_Game_of_Life */
 114         do {
 115             uint16_t *rule = (*p == 'b' || *p == 'B') ? born_rule : stay_rule;
 116             p++;
 117             while (*p >= '0' && *p <= '8') {
 118                 *rule += 1<<(*p - '0');
 119                 p++;
 120             }
 121             if (*p != '/')
 122                 break;
 123             p++;
 124         } while (strchr("bBsS", *p));
 125
 126         if (*p)
 127             goto error;
 128     } else {
 129         /* parse rule as a number, expressed in the form STAY|(BORN<<9),
 130          * where STAY and BORN encode the corresponding 9-bits rule */
 131         long int rule = strtol(rule_str, &tail, 10);
 132         if (*tail)
 133             goto error;
 134         *born_rule  = ((1<<9)-1) & rule;
 135         *stay_rule = rule >> 9;
 136     }
 137
 138     return 0;
 139
 140 error:
 141     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid rule code '%s' provided\n", rule_str);
 142     return AVERROR(EINVAL);
 143 }
 144
 145 #ifdef DEBUG
 146 static void show_life_grid(AVFilterContext *ctx)
 147 {
 148     LifeContext *life = ctx->priv;
 149     int i, j;
 150
 151     char *line = av_malloc(life->w + 1);
 152     if (!line)
 153         return;
 154     for (i = 0; i < life->h; i++) {
 155         for (j = 0; j < life->w; j++)
 156             line[j] = life->buf[life->buf_idx][i*life->w + j] == ALIVE_CELL ? '@' : ' ';
 157         line[j] = 0;
 158         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "%3d: %s\n", i, line);
 159     }
 160     av_free(line);
 161 }
 162 #endif
 163
 164 static int init_pattern_from_file(AVFilterContext *ctx)
 165 {
 166     LifeContext *life = ctx->priv;
 167     char *p;
 168     int ret, i, i0, j, h = 0, w, max_w = 0;
 169
 170     if ((ret = av_file_map(life->filename, &life->file_buf, &life->file_bufsize,
 171                            0, ctx)) < 0)
 172         return ret;
 173     av_freep(&life->filename);
 174
 175     /* prescan file to get the number of lines and the maximum width */
 176     w = 0;
 177     for (i = 0; i < life->file_bufsize; i++) {
 178         if (life->file_buf[i] == '\n') {
 179             h++; max_w = FFMAX(w, max_w); w = 0;
 180         } else {
 181             w++;
 182         }
 183     }
 184     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "h:%d max_w:%d\n", h, max_w);
 185
 186     if (life->w) {
 187         if (max_w > life->w || h > life->h) {
 188             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 189                    "The specified size is %dx%d which cannot contain the provided file size of %dx%d\n",
 190                    life->w, life->h, max_w, h);
 191             return AVERROR(EINVAL);
 192         }
 193     } else {
 194         /* size was not specified, set it to size of the grid */
 195         life->w = max_w;
 196         life->h = h;
 197     }
 198
 199     if (!(life->buf[0] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w)) ||
 200         !(life->buf[1] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w))) {
 201         av_free(life->buf[0]);
 202         av_free(life->buf[1]);
 203         return AVERROR(ENOMEM);
 204     }
 205
 206     /* fill buf[0] */
 207     p = life->file_buf;
 208     for (i0 = 0, i = (life->h - h)/2; i0 < h; i0++, i++) {
 209         for (j = (life->w - max_w)/2;; j++) {
 210             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "%d:%d %c\n", i, j, *p == '\n' ? 'N' : *p);
 211             if (*p == '\n') {
 212                 p++; break;
 213             } else
 214                 life->buf[0][i*life->w + j] = isgraph(*(p++)) ? ALIVE_CELL : 0;
 215         }
 216     }
 217     life->buf_idx = 0;
 218
 219     return 0;
 220 }
 221
 222 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 223 {
 224     LifeContext *life = ctx->priv;
 225     AVRational frame_rate;
 226     int ret;
 227
 228     life->class = &life_class;
 229     av_opt_set_defaults(life);
 230
 231     if ((ret = av_set_options_string(life, args, "=", ":")) < 0)
 232         return ret;
 233
 234     if ((ret = av_parse_video_rate(&frame_rate, life->rate)) < 0) {
 235         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame rate: %s\n", life->rate);
 236         return AVERROR(EINVAL);
 237     }
 238     av_freep(&life->rate);
 239
 240     if (!life->w && !life->filename)
 241         av_opt_set(life, "size", "320x240", 0);
 242
 243     if ((ret = parse_rule(&life->born_rule, &life->stay_rule, life->rule_str, ctx)) < 0)
 244         return ret;
 245
 246 #define PARSE_COLOR(name) do { \
 247     if ((ret = av_parse_color(life->name ## _color, life->name ## _color_str, -1, ctx))) { \
 248         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid " #name " color '%s'\n", \
 249                life->name ## _color_str); \
 250         return ret; \
 251     } \
 252     av_freep(&life->name ## _color_str); \
 253 } while (0)
 254
 255     PARSE_COLOR(life);
 256     PARSE_COLOR(death);
 257     PARSE_COLOR(mold);
 258
 259     if (!life->mold && memcmp(life->mold_color, "\x00\x00\x00", 3))
 260         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
 261                "Mold color is set while mold isn't, ignoring the color.\n");
 262
 263     life->time_base.num = frame_rate.den;
 264     life->time_base.den = frame_rate.num;
 265
 266     if (!life->filename) {
 267         /* fill the grid randomly */
 268         int i;
 269
 270         if (!(life->buf[0] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w)) ||
 271             !(life->buf[1] = av_mallocz(sizeof(char) * life->h * life->w))) {
 272             av_free(life->buf[0]);
 273             av_free(life->buf[1]);
 274             return AVERROR(ENOMEM);
 275         }
 276         if (life->random_seed == -1)
 277             life->random_seed = av_get_random_seed();
 278
 279         av_lfg_init(&life->lfg, life->random_seed);
 280
 281         for (i = 0; i < life->w * life->h; i++) {
 282             double r = (double)av_lfg_get(&life->lfg) / UINT32_MAX;
 283             if (r <= life->random_fill_ratio)
 284                 life->buf[0][i] = ALIVE_CELL;
 285         }
 286         life->buf_idx = 0;
 287     } else {
 288         if ((ret = init_pattern_from_file(ctx)) < 0)
 289             return ret;
 290     }
 291
 292     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
 293            "s:%dx%d r:%d/%d rule:%s stay_rule:%d born_rule:%d stitch:%d seed:%u\n",
 294            life->w, life->h, frame_rate.num, frame_rate.den,
 295            life->rule_str, life->stay_rule, life->born_rule, life->stitch,
 296            life->random_seed);
 297     return 0;
 298 }
 299
 300 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 301 {
 302     LifeContext *life = ctx->priv;
 303
 304     av_file_unmap(life->file_buf, life->file_bufsize);
 305     av_freep(&life->rule_str);
 306     av_freep(&life->buf[0]);
 307     av_freep(&life->buf[1]);
 308 }
 309
 310 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
 311 {
 312     LifeContext *life = outlink->src->priv;
 313
 314     outlink->w = life->w;
 315     outlink->h = life->h;
 316     outlink->time_base = life->time_base;
 317
 318     return 0;
 319 }
 320
 321 static void evolve(AVFilterContext *ctx)
 322 {
 323     LifeContext *life = ctx->priv;
 324     int i, j;
 325     uint8_t *oldbuf = life->buf[ life->buf_idx];
 326     uint8_t *newbuf = life->buf[!life->buf_idx];
 327
 328     enum { NW, N, NE, W, E, SW, S, SE };
 329
 330     /* evolve the grid */
 331     for (i = 0; i < life->h; i++) {
 332         for (j = 0; j < life->w; j++) {
 333             int pos[8][2], n, alive, cell;
 334             if (life->stitch) {
 335                 pos[NW][0] = (i-1) < 0 ? life->h-1 : i-1; pos[NW][1] = (j-1) < 0 ? life->w-1 : j-1;
 336                 pos[N ][0] = (i-1) < 0 ? life->h-1 : i-1; pos[N ][1] =                         j  ;
 337                 pos[NE][0] = (i-1) < 0 ? life->h-1 : i-1; pos[NE][1] = (j+1) == life->w ?  0 : j+1;
 338                 pos[W ][0] =                         i  ; pos[W ][1] = (j-1) < 0 ? life->w-1 : j-1;
 339                 pos[E ][0] =                         i  ; pos[E ][1] = (j+1) == life->w ? 0  : j+1;
 340                 pos[SW][0] = (i+1) == life->h ?  0 : i+1; pos[SW][1] = (j-1) < 0 ? life->w-1 : j-1;
 341                 pos[S ][0] = (i+1) == life->h ?  0 : i+1; pos[S ][1] =                         j  ;
 342                 pos[SE][0] = (i+1) == life->h ?  0 : i+1; pos[SE][1] = (j+1) == life->w ?  0 : j+1;
 343             } else {
 344                 pos[NW][0] = (i-1) < 0 ? -1        : i-1; pos[NW][1] = (j-1) < 0 ? -1        : j-1;
 345                 pos[N ][0] = (i-1) < 0 ? -1        : i-1; pos[N ][1] =                         j  ;
 346                 pos[NE][0] = (i-1) < 0 ? -1        : i-1; pos[NE][1] = (j+1) == life->w ? -1 : j+1;
 347                 pos[W ][0] =                         i  ; pos[W ][1] = (j-1) < 0 ? -1        : j-1;
 348                 pos[E ][0] =                         i  ; pos[E ][1] = (j+1) == life->w ? -1 : j+1;
 349                 pos[SW][0] = (i+1) == life->h ? -1 : i+1; pos[SW][1] = (j-1) < 0 ? -1        : j-1;
 350                 pos[S ][0] = (i+1) == life->h ? -1 : i+1; pos[S ][1] =                         j  ;
 351                 pos[SE][0] = (i+1) == life->h ? -1 : i+1; pos[SE][1] = (j+1) == life->w ? -1 : j+1;
 352             }
 353
 354             /* compute the number of live neighbor cells */
 355             n = (pos[NW][0] == -1 || pos[NW][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[NW][0]*life->w + pos[NW][1]] == ALIVE_CELL) +
 356                 (pos[N ][0] == -1 || pos[N ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[N ][0]*life->w + pos[N ][1]] == ALIVE_CELL) +
 357                 (pos[NE][0] == -1 || pos[NE][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[NE][0]*life->w + pos[NE][1]] == ALIVE_CELL) +
 358                 (pos[W ][0] == -1 || pos[W ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[W ][0]*life->w + pos[W ][1]] == ALIVE_CELL) +
 359                 (pos[E ][0] == -1 || pos[E ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[E ][0]*life->w + pos[E ][1]] == ALIVE_CELL) +
 360                 (pos[SW][0] == -1 || pos[SW][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[SW][0]*life->w + pos[SW][1]] == ALIVE_CELL) +
 361                 (pos[S ][0] == -1 || pos[S ][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[S ][0]*life->w + pos[S ][1]] == ALIVE_CELL) +
 362                 (pos[SE][0] == -1 || pos[SE][1] == -1 ? 0 : oldbuf[pos[SE][0]*life->w + pos[SE][1]] == ALIVE_CELL);
 363             cell  = oldbuf[i*life->w + j];
 364             alive = 1<<n & (cell == ALIVE_CELL ? life->stay_rule : life->born_rule);
 365             if (alive)     *newbuf = ALIVE_CELL; // new cell is alive
 366             else if (cell) *newbuf = cell - 1;   // new cell is dead and in the process of mold
 367             else           *newbuf = 0;          // new cell is definitely dead
 368             av_dlog(ctx, "i:%d j:%d live_neighbors:%d cell:%d -> cell:%d\n", i, j, n, cell, *newbuf);
 369             newbuf++;
 370         }
 371     }
 372
 373     life->buf_idx = !life->buf_idx;
 374 }
 375
 376 static void fill_picture_monoblack(AVFilterContext *ctx, AVFilterBufferRef *picref)
 377 {
 378     LifeContext *life = ctx->priv;
 379     uint8_t *buf = life->buf[life->buf_idx];
 380     int i, j, k;
 381
 382     /* fill the output picture with the old grid buffer */
 383     for (i = 0; i < life->h; i++) {
 384         uint8_t byte = 0;
 385         uint8_t *p = picref->data[0] + i * picref->linesize[0];
 386         for (k = 0, j = 0; j < life->w; j++) {
 387             byte |= (buf[i*life->w+j] == ALIVE_CELL)<<(7-k++);
 388             if (k==8 || j == life->w-1) {
 389                 k = 0;
 390                 *p++ = byte;
 391                 byte = 0;
 392             }
 393         }
 394     }
 395 }
 396
 397 // divide by 255 and round to nearest
 398 // apply a fast variant: (X+127)/255 = ((X+127)*257+257)>>16 = ((X+128)*257)>>16
 399 #define FAST_DIV255(x) ((((x) + 128) * 257) >> 16)
 400
 401 static void fill_picture_rgb(AVFilterContext *ctx, AVFilterBufferRef *picref)
 402 {
 403     LifeContext *life = ctx->priv;
 404     uint8_t *buf = life->buf[life->buf_idx];
 405     int i, j;
 406
 407     /* fill the output picture with the old grid buffer */
 408     for (i = 0; i < life->h; i++) {
 409         uint8_t *p = picref->data[0] + i * picref->linesize[0];
 410         for (j = 0; j < life->w; j++) {
 411             uint8_t v = buf[i*life->w + j];
 412             if (life->mold && v != ALIVE_CELL) {
 413                 const uint8_t *c1 = life-> mold_color;
 414                 const uint8_t *c2 = life->death_color;
 415                 int death_age = FFMIN((0xff - v) * life->mold, 0xff);
 416                 *p++ = FAST_DIV255((c2[0] << 8) + ((int)c1[0] - (int)c2[0]) * death_age);
 417                 *p++ = FAST_DIV255((c2[1] << 8) + ((int)c1[1] - (int)c2[1]) * death_age);
 418                 *p++ = FAST_DIV255((c2[2] << 8) + ((int)c1[2] - (int)c2[2]) * death_age);
 419             } else {
 420                 const uint8_t *c = v == ALIVE_CELL ? life->life_color : life->death_color;
 421                 AV_WB24(p, c[0]<<16 | c[1]<<8 | c[2]);
 422                 p += 3;
 423             }
 424         }
 425     }
 426 }
 427
 428 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 429 {
 430     LifeContext *life = outlink->src->priv;
 431     AVFilterBufferRef *picref = ff_get_video_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, life->w, life->h);
 432     picref->video->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
 433     picref->pts = life->pts++;
 434     picref->pos = -1;
 435
 436     life->draw(outlink->src, picref);
 437     evolve(outlink->src);
 438 #ifdef DEBUG
 439     show_life_grid(outlink->src);
 440 #endif
 441
 442     ff_start_frame(outlink, avfilter_ref_buffer(picref, ~0));
 443     ff_draw_slice(outlink, 0, life->h, 1);
 444     ff_end_frame(outlink);
 445     avfilter_unref_buffer(picref);
 446
 447     return 0;
 448 }
 449
 450 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 451 {
 452     LifeContext *life = ctx->priv;
 453     enum PixelFormat pix_fmts[] = { PIX_FMT_NONE, PIX_FMT_NONE };
 454     if (life->mold || memcmp(life-> life_color, "\xff\xff\xff", 3)
 455                    || memcmp(life->death_color, "\x00\x00\x00", 3)) {
 456         pix_fmts[0] = PIX_FMT_RGB24;
 457         life->draw = fill_picture_rgb;
 458     } else {
 459         pix_fmts[0] = PIX_FMT_MONOBLACK;
 460         life->draw = fill_picture_monoblack;
 461     }
 462     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 463     return 0;
 464 }
 465
 466 AVFilter avfilter_vsrc_life = {
 467     .name        = "life",
 468     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Create life."),
 469     .priv_size = sizeof(LifeContext),
 470     .init      = init,
 471     .uninit    = uninit,
 472     .query_formats = query_formats,
 473
 474     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {
 475         { .name = NULL}
 476     },
 477     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {
 478         { .name            = "default",
 479           .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 480           .request_frame   = request_frame,
 481           .config_props    = config_props },
 482         { .name = NULL}
 483     },
 484 };