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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011 Michael Niedermayer
   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  * The vsrc_color filter from Stefano Sabatini was used as template to create
  21  * this
  22  */
  23
  24 /**
  25  * @file
  26  * Mandelbrot fraktal renderer
  27  */
  28
  29 #include "avfilter.h"
  30 #include "libavutil/imgutils.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "libavutil/parseutils.h"
  33 #include <float.h>
  34 #include <math.h>
  35
  36 #define SQR(a) ((a)*(a))
  37
  38 enum Outer{
  39     ITERATION_COUNT,
  40     NORMALIZED_ITERATION_COUNT,
  41 };
  42
  43 enum Inner{
  44     BLACK,
  45     PERIOD,
  46 };
  47
  48 typedef struct Point {
  49     double p[2];
  50     uint32_t val;
  51 } Point;
  52
  53 typedef struct {
  54     const AVClass *class;
  55     int w, h;
  56     AVRational time_base;
  57     uint64_t pts;
  58     char *size, *rate;
  59     int maxiter;
  60     double start_x;
  61     double start_y;
  62     double start_scale;
  63     double end_scale;
  64     double end_pts;
  65     double bailout;
  66     enum Outer outer;
  67     enum Inner inner;
  68     int cache_allocated;
  69     int cache_used;
  70     Point *point_cache;
  71     Point *next_cache;
  72     double (*zyklus)[2];
  73 } MBContext;
  74
  75 #define OFFSET(x) offsetof(MBContext, x)
  76
  77 static const AVOption mandelbrot_options[] = {
  78     {"size",        "set frame size",                OFFSET(size),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="640x480"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  79     {"s",           "set frame size",                OFFSET(size),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="640x480"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  80     {"rate",        "set frame rate",                OFFSET(rate),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="25"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  81     {"r",           "set frame rate",                OFFSET(rate),    AV_OPT_TYPE_STRING,     {.str="25"},  CHAR_MIN, CHAR_MAX },
  82     {"maxiter",     "set max iterations number",     OFFSET(maxiter), AV_OPT_TYPE_INT,        {.dbl=4096},  1,        INT_MAX  },
  83     {"start_x",     "set the initial x position",    OFFSET(start_x), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=-0.743643887037158704752191506114774}, -100, 100  },
  84     {"start_y",     "set the initial y position",    OFFSET(start_y), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=-0.131825904205311970493132056385139}, -100, 100  },
  85     {"start_scale", "set the initial scale value",   OFFSET(start_scale), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=3.0},  0, FLT_MAX },
  86     {"end_scale",   "set the terminal scale value",  OFFSET(end_scale), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,   {.dbl=0.3},  0, FLT_MAX },
  87     {"end_pts",     "set the terminal pts value",    OFFSET(end_pts), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=800},  0, INT64_MAX },
  88     {"bailout",     "set the bailout value",         OFFSET(bailout), AV_OPT_TYPE_DOUBLE,     {.dbl=10},   0, FLT_MAX },
  89
  90     {"outer",       "set outer coloring mode",       OFFSET(outer), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=NORMALIZED_ITERATION_COUNT}, 0, INT_MAX, 0, "outer"},
  91     {"iteration_count", "set iteration count mode",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=ITERATION_COUNT}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "outer" },
  92     {"normalized_iteration_count", "set normalized iteration count mode",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=NORMALIZED_ITERATION_COUNT}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "outer" },
  93
  94     {"inner",       "set inner coloring mode",       OFFSET(inner), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl=BLACK}, 0, INT_MAX, 0, "inner"},
  95     {"black",       "set black mode",                0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=BLACK}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "inner" },
  96     {"period",      "set period mode",               0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.dbl=PERIOD}, INT_MIN, INT_MAX, 0, "inner" },
  97
  98     {NULL},
  99 };
 100
 101 static const char *mandelbrot_get_name(void *ctx)
 102 {
 103     return "mandelbrot";
 104 }
 105
 106 static const AVClass mandelbrot_class = {
 107     "MBContext",
 108     mandelbrot_get_name,
 109     mandelbrot_options
 110 };
 111
 112 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
 113 {
 114     MBContext *mb = ctx->priv;
 115     AVRational rate_q;
 116     int err;
 117
 118     mb->class = &mandelbrot_class;
 119     av_opt_set_defaults(mb);
 120
 121     if ((err = (av_set_options_string(mb, args, "=", ":"))) < 0) {
 122         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error parsing options string: '%s'\n", args);
 123         return err;
 124     }
 125     mb->bailout *= mb->bailout;
 126
 127     if (av_parse_video_size(&mb->w, &mb->h, mb->size) < 0) {
 128         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame size: %s\n", mb->size);
 129         return AVERROR(EINVAL);
 130     }
 131     mb->start_scale /=mb->h;
 132     mb->end_scale /=mb->h;
 133
 134     if (av_parse_video_rate(&rate_q, mb->rate) < 0 ||
 135         rate_q.den <= 0 || rate_q.num <= 0) {
 136         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid frame rate: %s\n", mb->rate);
 137         return AVERROR(EINVAL);
 138     }
 139     mb->time_base.num = rate_q.den;
 140     mb->time_base.den = rate_q.num;
 141
 142     mb->cache_allocated = mb->w * mb->h * 3;
 143     mb->cache_used = 0;
 144     mb->point_cache= av_malloc(sizeof(*mb->point_cache)*mb->cache_allocated);
 145     mb-> next_cache= av_malloc(sizeof(*mb-> next_cache)*mb->cache_allocated);
 146     mb-> zyklus    = av_malloc(sizeof(*mb->zyklus) * mb->maxiter);
 147
 148     return 0;
 149 }
 150
 151 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 152 {
 153     MBContext *mb = ctx->priv;
 154
 155     av_freep(&mb->size);
 156     av_freep(&mb->rate);
 157     av_freep(&mb->point_cache);
 158     av_freep(&mb-> next_cache);
 159     av_freep(&mb->zyklus);
 160 }
 161
 162 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 163 {
 164     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 165         PIX_FMT_BGR32,
 166         PIX_FMT_NONE
 167     };
 168
 169     avfilter_set_common_pixel_formats(ctx, avfilter_make_format_list(pix_fmts));
 170     return 0;
 171 }
 172
 173 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 174 {
 175     AVFilterContext *ctx = inlink->src;
 176     MBContext *mb = ctx->priv;
 177
 178     if (av_image_check_size(mb->w, mb->h, 0, ctx) < 0)
 179         return AVERROR(EINVAL);
 180
 181     inlink->w = mb->w;
 182     inlink->h = mb->h;
 183     inlink->time_base = mb->time_base;
 184
 185     return 0;
 186 }
 187
 188 static void fill_from_cache(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int *in_cidx, int *out_cidx, double py, double scale){
 189     MBContext *mb = ctx->priv;
 190     for(; *in_cidx < mb->cache_used; (*in_cidx)++){
 191         Point *p= &mb->point_cache[*in_cidx];
 192         int x;
 193         if(p->p[1] > py)
 194             break;
 195         x= round((p->p[0] - mb->start_x) / scale + mb->w/2);
 196         if(x<0 || x >= mb->w)
 197             continue;
 198         if(color) color[x] = p->val;
 199         if(out_cidx && *out_cidx < mb->cache_allocated)
 200             mb->next_cache[(*out_cidx)++]= *p;
 201     }
 202 }
 203
 204 static void draw_mandelbrot(AVFilterContext *ctx, uint32_t *color, int linesize, int64_t pts)
 205 {
 206     MBContext *mb = ctx->priv;
 207     int x,y,i, in_cidx=0, next_cidx=0, tmp_cidx;
 208     double scale= mb->start_scale*pow(mb->end_scale/mb->start_scale, pts/mb->end_pts);
 209     int use_zyklus=0;
 210     fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, NULL, mb->start_y+scale*(-mb->h/2-0.5), scale);
 211     for(y=0; y<mb->h; y++){
 212         const double ci=mb->start_y+scale*(y-mb->h/2);
 213         memset(color+linesize*y, 0, sizeof(*color)*mb->w);
 214         fill_from_cache(ctx, color+linesize*y, &in_cidx, &next_cidx, ci, scale);
 215         tmp_cidx= in_cidx;
 216         fill_from_cache(ctx, color+linesize*y, &tmp_cidx, NULL, ci + scale/2, scale);
 217
 218         for(x=0; x<mb->w; x++){
 219             const double cr=mb->start_x+scale*(x-mb->w/2);
 220             double zr=cr;
 221             double zi=ci;
 222             uint32_t c=0;
 223
 224             if(color[x + y*linesize] & 0xFF000000)
 225                 continue;
 226
 227             use_zyklus= (x==0 || mb->inner!=BLACK ||color[x-1 + y*linesize] == 0xFF000000);
 228
 229             for(i=0; i<mb->maxiter; i++){
 230                 double t;
 231                 if(zr*zr + zi*zi > mb->bailout){
 232                     switch(mb->outer){
 233                     case            ITERATION_COUNT: zr = i - (SQR(zr-cr)+SQR(zi-ci) > SQR(mb->bailout)); break;
 234                     case NORMALIZED_ITERATION_COUNT: zr= i + log2(log(mb->bailout) / log(zr*zr + zi*zi)); break;
 235                     }
 236                     c= lrintf((sin(zr)+1)*127) + lrintf((sin(zr/1.234)+1)*127)*256*256 + lrintf((sin(zr/100)+1)*127)*256;
 237                     break;
 238                 }
 239                 t= zr*zr - zi*zi + cr;
 240                 zi= 2*zr*zi + ci;
 241                 if(use_zyklus){
 242                     mb->zyklus[i][0]= t;
 243                     mb->zyklus[i][1]= zi;
 244                 }
 245                 i++;
 246                 zr= t*t - zi*zi+cr;
 247                 zi= 2*t*zi + ci;
 248                 if(use_zyklus){
 249                     if(mb->zyklus[i>>1][0]==zr && mb->zyklus[i>>1][1]==zi)
 250                         break;
 251                     mb->zyklus[i][0]= zr;
 252                     mb->zyklus[i][1]= zi;
 253                 }
 254             }
 255             if(!c && mb->inner==PERIOD){
 256                 int j;
 257                 for(j=i-1; j; j--)
 258                     if(SQR(mb->zyklus[j][0]-zr) + SQR(mb->zyklus[j][1]-zi) < 0.0000000000000001)
 259                         break;
 260                 if(j){
 261                     c= i-j;
 262                     c= ((c<<5)&0xE0) + ((c<<16)&0xE000) + ((c<<27)&0xE00000);
 263                 }
 264             }
 265             c |= 0xFF000000;
 266             color[x + y*linesize]= c;
 267             if(next_cidx < mb->cache_allocated){
 268                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[0]= cr;
 269                 mb->next_cache[next_cidx  ].p[1]= ci;
 270                 mb->next_cache[next_cidx++].val = c;
 271             }
 272         }
 273         fill_from_cache(ctx, NULL, &in_cidx, &next_cidx, ci + scale/2, scale);
 274     }
 275     FFSWAP(void*, mb->next_cache, mb->point_cache);
 276     mb->cache_used = next_cidx;
 277     if(mb->cache_used == mb->cache_allocated)
 278         av_log(0, AV_LOG_INFO, "Mandelbrot cache is too small!\n");
 279 }
 280
 281 static int request_frame(AVFilterLink *link)
 282 {
 283     MBContext *mb = link->src->priv;
 284     AVFilterBufferRef *picref = avfilter_get_video_buffer(link, AV_PERM_WRITE, mb->w, mb->h);
 285     picref->video->sample_aspect_ratio = (AVRational) {1, 1};
 286     picref->pts = mb->pts++;
 287     picref->pos = -1;
 288
 289     avfilter_start_frame(link, avfilter_ref_buffer(picref, ~0));
 290     draw_mandelbrot(link->src, picref->data[0], picref->linesize[0]/4, picref->pts);
 291     avfilter_draw_slice(link, 0, mb->h, 1);
 292     avfilter_end_frame(link);
 293     avfilter_unref_buffer(picref);
 294
 295     return 0;
 296 }
 297
 298 AVFilter avfilter_vsrc_mandelbrot = {
 299     .name        = "mandelbrot",
 300     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Mandelbrot renderer"),
 301
 302     .priv_size = sizeof(MBContext),
 303     .init      = init,
 304     .uninit    = uninit,
 305
 306     .query_formats = query_formats,
 307
 308     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name = NULL}},
 309
 310     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",
 311                                     .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 312                                     .request_frame   = request_frame,
 313                                     .config_props    = config_props },
 314                                   { .name = NULL}},
 315 };