libavfilter/afir_template.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2017 Paul B Mahol
   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 #include "libavutil/tx.h"
  22 #include "avfilter.h"
  23 #include "internal.h"
  24 #include "audio.h"
  25
  26 #undef ctype
  27 #undef ftype
  28 #undef SQRT
  29 #undef HYPOT
  30 #undef SAMPLE_FORMAT
  31 #undef TX_TYPE
  32 #if DEPTH == 32
  33 #define SAMPLE_FORMAT float
  34 #define SQRT sqrtf
  35 #define HYPOT hypotf
  36 #define ctype AVComplexFloat
  37 #define ftype float
  38 #define TX_TYPE AV_TX_FLOAT_RDFT
  39 #else
  40 #define SAMPLE_FORMAT double
  41 #define SQRT sqrt
  42 #define HYPOT hypot
  43 #define ctype AVComplexDouble
  44 #define ftype double
  45 #define TX_TYPE AV_TX_DOUBLE_RDFT
  46 #endif
  47
  48 #define fn3(a,b)   a##_##b
  49 #define fn2(a,b)   fn3(a,b)
  50 #define fn(a)      fn2(a, SAMPLE_FORMAT)
  51
  52 static void fn(draw_response)(AVFilterContext *ctx, AVFrame *out)
  53 {
  54     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
  55     ftype *mag, *phase, *delay, min = FLT_MAX, max = FLT_MIN;
  56     ftype min_delay = FLT_MAX, max_delay = FLT_MIN;
  57     int prev_ymag = -1, prev_yphase = -1, prev_ydelay = -1;
  58     char text[32];
  59     int channel, i, x;
  60
  61     for (int y = 0; y < s->h; y++)
  62         memset(out->data[0] + y * out->linesize[0], 0, s->w * 4);
  63
  64     phase = av_malloc_array(s->w, sizeof(*phase));
  65     mag = av_malloc_array(s->w, sizeof(*mag));
  66     delay = av_malloc_array(s->w, sizeof(*delay));
  67     if (!mag || !phase || !delay)
  68         goto end;
  69
  70     channel = av_clip(s->ir_channel, 0, s->ir[s->selir]->ch_layout.nb_channels - 1);
  71     for (i = 0; i < s->w; i++) {
  72         const ftype *src = (const ftype *)s->ir[s->selir]->extended_data[channel];
  73         double w = i * M_PI / (s->w - 1);
  74         double div, real_num = 0., imag_num = 0., real = 0., imag = 0.;
  75
  76         for (x = 0; x < s->nb_taps[s->selir]; x++) {
  77             real += cos(-x * w) * src[x];
  78             imag += sin(-x * w) * src[x];
  79             real_num += cos(-x * w) * src[x] * x;
  80             imag_num += sin(-x * w) * src[x] * x;
  81         }
  82
  83         mag[i] = hypot(real, imag);
  84         phase[i] = atan2(imag, real);
  85         div = real * real + imag * imag;
  86         delay[i] = (real_num * real + imag_num * imag) / div;
  87         min = fminf(min, mag[i]);
  88         max = fmaxf(max, mag[i]);
  89         min_delay = fminf(min_delay, delay[i]);
  90         max_delay = fmaxf(max_delay, delay[i]);
  91     }
  92
  93     for (i = 0; i < s->w; i++) {
  94         int ymag = mag[i] / max * (s->h - 1);
  95         int ydelay = (delay[i] - min_delay) / (max_delay - min_delay) * (s->h - 1);
  96         int yphase = (0.5 * (1. + phase[i] / M_PI)) * (s->h - 1);
  97
  98         ymag = s->h - 1 - av_clip(ymag, 0, s->h - 1);
  99         yphase = s->h - 1 - av_clip(yphase, 0, s->h - 1);
 100         ydelay = s->h - 1 - av_clip(ydelay, 0, s->h - 1);
 101
 102         if (prev_ymag < 0)
 103             prev_ymag = ymag;
 104         if (prev_yphase < 0)
 105             prev_yphase = yphase;
 106         if (prev_ydelay < 0)
 107             prev_ydelay = ydelay;
 108
 109         draw_line(out, i,   ymag, FFMAX(i - 1, 0),   prev_ymag, 0xFFFF00FF);
 110         draw_line(out, i, yphase, FFMAX(i - 1, 0), prev_yphase, 0xFF00FF00);
 111         draw_line(out, i, ydelay, FFMAX(i - 1, 0), prev_ydelay, 0xFF00FFFF);
 112
 113         prev_ymag   = ymag;
 114         prev_yphase = yphase;
 115         prev_ydelay = ydelay;
 116     }
 117
 118     if (s->w > 400 && s->h > 100) {
 119         drawtext(out, 2, 2, "Max Magnitude:", 0xDDDDDDDD);
 120         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", max);
 121         drawtext(out, 15 * 8 + 2, 2, text, 0xDDDDDDDD);
 122
 123         drawtext(out, 2, 12, "Min Magnitude:", 0xDDDDDDDD);
 124         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", min);
 125         drawtext(out, 15 * 8 + 2, 12, text, 0xDDDDDDDD);
 126
 127         drawtext(out, 2, 22, "Max Delay:", 0xDDDDDDDD);
 128         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", max_delay);
 129         drawtext(out, 11 * 8 + 2, 22, text, 0xDDDDDDDD);
 130
 131         drawtext(out, 2, 32, "Min Delay:", 0xDDDDDDDD);
 132         snprintf(text, sizeof(text), "%.2f", min_delay);
 133         drawtext(out, 11 * 8 + 2, 32, text, 0xDDDDDDDD);
 134     }
 135
 136 end:
 137     av_free(delay);
 138     av_free(phase);
 139     av_free(mag);
 140 }
 141
 142 static int fn(get_power)(AVFilterContext *ctx, AudioFIRContext *s,
 143                          int cur_nb_taps, int ch,
 144                          ftype *time)
 145 {
 146     ftype ch_gain = 1;
 147
 148     switch (s->gtype) {
 149     case -1:
 150         ch_gain = 1;
 151         break;
 152     case 0:
 153         {
 154             ftype sum = 0;
 155
 156             for (int i = 0; i < cur_nb_taps; i++)
 157                 sum += FFABS(time[i]);
 158             ch_gain = 1. / sum;
 159         }
 160         break;
 161     case 1:
 162         {
 163             ftype sum = 0;
 164
 165             for (int i = 0; i < cur_nb_taps; i++)
 166                 sum += time[i];
 167             ch_gain = 1. / sum;
 168         }
 169         break;
 170     case 2:
 171         {
 172             ftype sum = 0;
 173
 174             for (int i = 0; i < cur_nb_taps; i++)
 175                 sum += time[i] * time[i];
 176             ch_gain = 1. / SQRT(sum);
 177         }
 178         break;
 179     case 3:
 180     case 4:
 181         {
 182             ftype *inc, *outc, scale, power;
 183             AVTXContext *tx;
 184             av_tx_fn tx_fn;
 185             int ret, size;
 186
 187             size = 1 << av_ceil_log2_c(cur_nb_taps);
 188             inc = av_calloc(size + 2, sizeof(SAMPLE_FORMAT));
 189             outc = av_calloc(size + 2, sizeof(SAMPLE_FORMAT));
 190             if (!inc || !outc) {
 191                 av_free(outc);
 192                 av_free(inc);
 193                 break;
 194             }
 195
 196             scale = 1.;
 197             ret = av_tx_init(&tx, &tx_fn, TX_TYPE, 0, size, &scale, 0);
 198             if (ret < 0) {
 199                 av_free(outc);
 200                 av_free(inc);
 201                 break;
 202             }
 203
 204             {
 205                 memcpy(inc, time, cur_nb_taps * sizeof(SAMPLE_FORMAT));
 206                 tx_fn(tx, outc, inc, sizeof(SAMPLE_FORMAT));
 207
 208                 power = 0;
 209                 if (s->gtype == 3) {
 210                     for (int i = 0; i < size / 2 + 1; i++)
 211                         power = FFMAX(power, HYPOT(outc[i * 2], outc[i * 2 + 1]));
 212                 } else {
 213                     ftype sum = 0;
 214                     for (int i = 0; i < size / 2 + 1; i++)
 215                         sum += HYPOT(outc[i * 2], outc[i * 2 + 1]);
 216                     power = SQRT(sum / (size / 2 + 1));
 217                 }
 218
 219                 ch_gain = 1. / power;
 220             }
 221
 222             av_tx_uninit(&tx);
 223             av_free(outc);
 224             av_free(inc);
 225         }
 226         break;
 227     default:
 228         return AVERROR_BUG;
 229     }
 230
 231     if (ch_gain != 1. || s->ir_gain != 1.) {
 232         ftype gain = ch_gain * s->ir_gain;
 233
 234         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "ch%d gain %f\n", ch, gain);
 235 #if DEPTH == 32
 236         s->fdsp->vector_fmul_scalar(time, time, gain, FFALIGN(cur_nb_taps, 4));
 237 #else
 238         s->fdsp->vector_dmul_scalar(time, time, gain, FFALIGN(cur_nb_taps, 8));
 239 #endif
 240     }
 241
 242     return 0;
 243 }
 244
 245 static void fn(convert_channel)(AVFilterContext *ctx, AudioFIRContext *s, int ch,
 246                                 AudioFIRSegment *seg, int coeff_partition, int selir)
 247 {
 248     const int coffset = coeff_partition * seg->coeff_size;
 249     const int nb_taps = s->nb_taps[selir];
 250     ftype *time = (ftype *)s->norm_ir[selir]->extended_data[ch];
 251     ftype *tempin = (ftype *)seg->tempin->extended_data[ch];
 252     ftype *tempout = (ftype *)seg->tempout->extended_data[ch];
 253     ctype *coeff = (ctype *)seg->coeff->extended_data[ch];
 254     const int remaining = nb_taps - (seg->input_offset + coeff_partition * seg->part_size);
 255     const int size = remaining >= seg->part_size ? seg->part_size : remaining;
 256
 257     memset(tempin + size, 0, sizeof(*tempin) * (seg->block_size - size));
 258     memcpy(tempin, time + seg->input_offset + coeff_partition * seg->part_size,
 259            size * sizeof(*tempin));
 260     seg->ctx_fn(seg->ctx[ch], tempout, tempin, sizeof(*tempin));
 261     memcpy(coeff + coffset, tempout, seg->coeff_size * sizeof(*coeff));
 262
 263     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "channel: %d\n", ch);
 264     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "nb_partitions: %d\n", seg->nb_partitions);
 265     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "partition size: %d\n", seg->part_size);
 266     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "block size: %d\n", seg->block_size);
 267     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "fft_length: %d\n", seg->fft_length);
 268     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "coeff_size: %d\n", seg->coeff_size);
 269     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "input_size: %d\n", seg->input_size);
 270     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "input_offset: %d\n", seg->input_offset);
 271 }
 272
 273 static void fn(fir_fadd)(AudioFIRContext *s, ftype *dst, const ftype *src, int nb_samples)
 274 {
 275     if ((nb_samples & 15) == 0 && nb_samples >= 8) {
 276 #if DEPTH == 32
 277         s->fdsp->vector_fmac_scalar(dst, src, 1.f, nb_samples);
 278 #else
 279         s->fdsp->vector_dmac_scalar(dst, src, 1.0, nb_samples);
 280 #endif
 281     } else {
 282         for (int n = 0; n < nb_samples; n++)
 283             dst[n] += src[n];
 284     }
 285 }
 286
 287 static int fn(fir_quantum)(AVFilterContext *ctx, AVFrame *out, int ch, int ioffset, int offset, int selir)
 288 {
 289     AudioFIRContext *s = ctx->priv;
 290     const ftype *in = (const ftype *)s->in->extended_data[ch] + ioffset;
 291     ftype *blockout, *ptr = (ftype *)out->extended_data[ch] + offset;
 292     const int min_part_size = s->min_part_size;
 293     const int nb_samples = FFMIN(min_part_size, out->nb_samples - offset);
 294     const int nb_segments = s->nb_segments[selir];
 295     const float dry_gain = s->dry_gain;
 296     const float wet_gain = s->wet_gain;
 297
 298     for (int segment = 0; segment < nb_segments; segment++) {
 299         AudioFIRSegment *seg = &s->seg[selir][segment];
 300         ftype *src = (ftype *)seg->input->extended_data[ch];
 301         ftype *dst = (ftype *)seg->output->extended_data[ch];
 302         ftype *sumin = (ftype *)seg->sumin->extended_data[ch];
 303         ftype *sumout = (ftype *)seg->sumout->extended_data[ch];
 304         ftype *tempin = (ftype *)seg->tempin->extended_data[ch];
 305         ftype *buf = (ftype *)seg->buffer->extended_data[ch];
 306         int *output_offset = &seg->output_offset[ch];
 307         const int nb_partitions = seg->nb_partitions;
 308         const int input_offset = seg->input_offset;
 309         const int part_size = seg->part_size;
 310         int j;
 311
 312         seg->part_index[ch] = seg->part_index[ch] % nb_partitions;
 313         if (dry_gain == 1.f) {
 314             memcpy(src + input_offset, in, nb_samples * sizeof(*src));
 315         } else if (min_part_size >= 8) {
 316 #if DEPTH == 32
 317             s->fdsp->vector_fmul_scalar(src + input_offset, in, dry_gain, FFALIGN(nb_samples, 4));
 318 #else
 319             s->fdsp->vector_dmul_scalar(src + input_offset, in, dry_gain, FFALIGN(nb_samples, 8));
 320 #endif
 321         } else {
 322             ftype *src2 = src + input_offset;
 323             for (int n = 0; n < nb_samples; n++)
 324                 src2[n] = in[n] * dry_gain;
 325         }
 326
 327         output_offset[0] += min_part_size;
 328         if (output_offset[0] >= part_size) {
 329             output_offset[0] = 0;
 330         } else {
 331             memmove(src, src + min_part_size, (seg->input_size - min_part_size) * sizeof(*src));
 332
 333             dst += output_offset[0];
 334             fn(fir_fadd)(s, ptr, dst, nb_samples);
 335             continue;
 336         }
 337
 338         memset(sumin, 0, sizeof(*sumin) * seg->fft_length);
 339
 340         blockout = (ftype *)seg->blockout->extended_data[ch] + seg->part_index[ch] * seg->block_size;
 341         memset(tempin + part_size, 0, sizeof(*tempin) * (seg->block_size - part_size));
 342         memcpy(tempin, src, sizeof(*src) * part_size);
 343         seg->tx_fn(seg->tx[ch], blockout, tempin, sizeof(ftype));
 344
 345         j = seg->part_index[ch];
 346         for (int i = 0; i < nb_partitions; i++) {
 347             const int input_partition = j;
 348             const int coeff_partition = i;
 349             const int coffset = coeff_partition * seg->coeff_size;
 350             const ftype *blockout = (const ftype *)seg->blockout->extended_data[ch] + input_partition * seg->block_size;
 351             const ctype *coeff = ((const ctype *)seg->coeff->extended_data[ch]) + coffset;
 352
 353             if (j == 0)
 354                 j = nb_partitions;
 355             j--;
 356
 357 #if DEPTH == 32
 358             s->afirdsp.fcmul_add(sumin, blockout, (const ftype *)coeff, part_size);
 359 #else
 360             s->afirdsp.dcmul_add(sumin, blockout, (const ftype *)coeff, part_size);
 361 #endif
 362         }
 363
 364         seg->itx_fn(seg->itx[ch], sumout, sumin, sizeof(ctype));
 365
 366         fn(fir_fadd)(s, buf, sumout, part_size);
 367         memcpy(dst, buf, part_size * sizeof(*dst));
 368         memcpy(buf, sumout + part_size, part_size * sizeof(*buf));
 369
 370         fn(fir_fadd)(s, ptr, dst, nb_samples);
 371
 372         if (part_size != min_part_size)
 373             memmove(src, src + min_part_size, (seg->input_size - min_part_size) * sizeof(*src));
 374
 375         seg->part_index[ch] = (seg->part_index[ch] + 1) % nb_partitions;
 376     }
 377
 378     if (wet_gain == 1.f)
 379         return 0;
 380
 381     if (min_part_size >= 8) {
 382 #if DEPTH == 32
 383         s->fdsp->vector_fmul_scalar(ptr, ptr, wet_gain, FFALIGN(nb_samples, 4));
 384 #else
 385         s->fdsp->vector_dmul_scalar(ptr, ptr, wet_gain, FFALIGN(nb_samples, 8));
 386 #endif
 387     } else {
 388         for (int n = 0; n < nb_samples; n++)
 389             ptr[n] *= wet_gain;
 390     }
 391
 392     return 0;
 393 }