libavfilter/af_sofalizer.c

   1 /*****************************************************************************
   2  * sofalizer.c : SOFAlizer filter for virtual binaural acoustics
   3  *****************************************************************************
   4  * Copyright (C) 2013-2015 Andreas Fuchs, Wolfgang Hrauda,
   5  *                         Acoustics Research Institute (ARI), Vienna, Austria
   6  *
   7  * Authors: Andreas Fuchs <andi.fuchs.mail@gmail.com>
   8  *          Wolfgang Hrauda <wolfgang.hrauda@gmx.at>
   9  *
  10  * SOFAlizer project coordinator at ARI, main developer of SOFA:
  11  *          Piotr Majdak <piotr@majdak.at>
  12  *
  13  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
  14  * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
  15  * the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
  16  * (at your option) any later version.
  17  *
  18  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
  19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE. See the
  21  * GNU Lesser General Public License for more details.
  22  *
  23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public License
  24  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
  25  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston MA 02110-1301, USA.
  26  *****************************************************************************/
  27
  28 #include <math.h>
  29 #include <netcdf.h>
  30
  31 #include "libavcodec/avfft.h"
  32 #include "libavutil/avstring.h"
  33 #include "libavutil/channel_layout.h"
  34 #include "libavutil/float_dsp.h"
  35 #include "libavutil/intmath.h"
  36 #include "libavutil/opt.h"
  37 #include "avfilter.h"
  38 #include "internal.h"
  39 #include "audio.h"
  40
  41 #define TIME_DOMAIN      0
  42 #define FREQUENCY_DOMAIN 1
  43
  44 typedef struct NCSofa {  /* contains data of one SOFA file */
  45     int ncid;            /* netCDF ID of the opened SOFA file */
  46     int n_samples;       /* length of one impulse response (IR) */
  47     int m_dim;           /* number of measurement positions */
  48     int *data_delay;     /* broadband delay of each IR */
  49                          /* all measurement positions for each receiver (i.e. ear): */
  50     float *sp_a;         /* azimuth angles */
  51     float *sp_e;         /* elevation angles */
  52     float *sp_r;         /* radii */
  53                          /* data at each measurement position for each receiver: */
  54     float *data_ir;      /* IRs (time-domain) */
  55 } NCSofa;
  56
  57 typedef struct VirtualSpeaker {
  58     uint8_t set;
  59     float azim;
  60     float elev;
  61 } VirtualSpeaker;
  62
  63 typedef struct SOFAlizerContext {
  64     const AVClass *class;
  65
  66     char *filename;             /* name of SOFA file */
  67     NCSofa sofa;                /* contains data of the SOFA file */
  68
  69     int sample_rate;            /* sample rate from SOFA file */
  70     float *speaker_azim;        /* azimuth of the virtual loudspeakers */
  71     float *speaker_elev;        /* elevation of the virtual loudspeakers */
  72     char *speakers_pos;         /* custom positions of the virtual loudspeakers */
  73     float gain_lfe;             /* gain applied to LFE channel */
  74     int lfe_channel;            /* LFE channel position in channel layout */
  75
  76     int n_conv;                 /* number of channels to convolute */
  77
  78                                 /* buffer variables (for convolution) */
  79     float *ringbuffer[2];       /* buffers input samples, length of one buffer: */
  80                                 /* no. input ch. (incl. LFE) x buffer_length */
  81     int write[2];               /* current write position to ringbuffer */
  82     int buffer_length;          /* is: longest IR plus max. delay in all SOFA files */
  83                                 /* then choose next power of 2 */
  84     int n_fft;                  /* number of samples in one FFT block */
  85
  86                                 /* netCDF variables */
  87     int *delay[2];              /* broadband delay for each channel/IR to be convolved */
  88
  89     float *data_ir[2];          /* IRs for all channels to be convolved */
  90                                 /* (this excludes the LFE) */
  91     float *temp_src[2];
  92     FFTComplex *temp_fft[2];
  93
  94                          /* control variables */
  95     float gain;          /* filter gain (in dB) */
  96     float rotation;      /* rotation of virtual loudspeakers (in degrees)  */
  97     float elevation;     /* elevation of virtual loudspeakers (in deg.) */
  98     float radius;        /* distance virtual loudspeakers to listener (in metres) */
  99     int type;            /* processing type */
 100
 101     VirtualSpeaker vspkrpos[64];
 102
 103     FFTContext *fft[2], *ifft[2];
 104     FFTComplex *data_hrtf[2];
 105
 106     AVFloatDSPContext *fdsp;
 107 } SOFAlizerContext;
 108
 109 static int close_sofa(struct NCSofa *sofa)
 110 {
 111     av_freep(&sofa->data_delay);
 112     av_freep(&sofa->sp_a);
 113     av_freep(&sofa->sp_e);
 114     av_freep(&sofa->sp_r);
 115     av_freep(&sofa->data_ir);
 116     nc_close(sofa->ncid);
 117     sofa->ncid = 0;
 118
 119     return 0;
 120 }
 121
 122 static int load_sofa(AVFilterContext *ctx, char *filename, int *samplingrate)
 123 {
 124     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 125     /* variables associated with content of SOFA file: */
 126     int ncid, n_dims, n_vars, n_gatts, n_unlim_dim_id, status;
 127     char data_delay_dim_name[NC_MAX_NAME];
 128     float *sp_a, *sp_e, *sp_r, *data_ir;
 129     char *sofa_conventions;
 130     char dim_name[NC_MAX_NAME];   /* names of netCDF dimensions */
 131     size_t *dim_length;           /* lengths of netCDF dimensions */
 132     char *text;
 133     unsigned int sample_rate;
 134     int data_delay_dim_id[2];
 135     int samplingrate_id;
 136     int data_delay_id;
 137     int n_samples;
 138     int m_dim_id = -1;
 139     int n_dim_id = -1;
 140     int data_ir_id;
 141     size_t att_len;
 142     int m_dim;
 143     int *data_delay;
 144     int sp_id;
 145     int i, ret;
 146
 147     s->sofa.ncid = 0;
 148     status = nc_open(filename, NC_NOWRITE, &ncid); /* open SOFA file read-only */
 149     if (status != NC_NOERR) {
 150         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't find SOFA-file '%s'\n", filename);
 151         return AVERROR(EINVAL);
 152     }
 153
 154     /* get number of dimensions, vars, global attributes and Id of unlimited dimensions: */
 155     nc_inq(ncid, &n_dims, &n_vars, &n_gatts, &n_unlim_dim_id);
 156
 157     /* -- get number of measurements ("M") and length of one IR ("N") -- */
 158     dim_length = av_malloc_array(n_dims, sizeof(*dim_length));
 159     if (!dim_length) {
 160         nc_close(ncid);
 161         return AVERROR(ENOMEM);
 162     }
 163
 164     for (i = 0; i < n_dims; i++) { /* go through all dimensions of file */
 165         nc_inq_dim(ncid, i, (char *)&dim_name, &dim_length[i]); /* get dimensions */
 166         if (!strncmp("M", (const char *)&dim_name, 1)) /* get ID of dimension "M" */
 167             m_dim_id = i;
 168         if (!strncmp("N", (const char *)&dim_name, 1)) /* get ID of dimension "N" */
 169             n_dim_id = i;
 170     }
 171
 172     if ((m_dim_id == -1) || (n_dim_id == -1)) { /* dimension "M" or "N" couldn't be found */
 173         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't find required dimensions in SOFA file.\n");
 174         av_freep(&dim_length);
 175         nc_close(ncid);
 176         return AVERROR(EINVAL);
 177     }
 178
 179     n_samples = dim_length[n_dim_id]; /* get length of one IR */
 180     m_dim     = dim_length[m_dim_id]; /* get number of measurements */
 181
 182     av_freep(&dim_length);
 183
 184     /* -- check file type -- */
 185     /* get length of attritube "Conventions" */
 186     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "Conventions", &att_len);
 187     if (status != NC_NOERR) {
 188         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't get length of attribute \"Conventions\".\n");
 189         nc_close(ncid);
 190         return AVERROR_INVALIDDATA;
 191     }
 192
 193     /* check whether file is SOFA file */
 194     text = av_malloc(att_len + 1);
 195     if (!text) {
 196         nc_close(ncid);
 197         return AVERROR(ENOMEM);
 198     }
 199
 200     nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "Conventions", text);
 201     *(text + att_len) = 0;
 202     if (strncmp("SOFA", text, 4)) {
 203         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a SOFA file!\n");
 204         av_freep(&text);
 205         nc_close(ncid);
 206         return AVERROR(EINVAL);
 207     }
 208     av_freep(&text);
 209
 210     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "License", &att_len);
 211     if (status == NC_NOERR) {
 212         text = av_malloc(att_len + 1);
 213         if (text) {
 214             nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "License", text);
 215             *(text + att_len) = 0;
 216             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "SOFA file License: %s\n", text);
 217             av_freep(&text);
 218         }
 219     }
 220
 221     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "SourceDescription", &att_len);
 222     if (status == NC_NOERR) {
 223         text = av_malloc(att_len + 1);
 224         if (text) {
 225             nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "SourceDescription", text);
 226             *(text + att_len) = 0;
 227             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "SOFA file SourceDescription: %s\n", text);
 228             av_freep(&text);
 229         }
 230     }
 231
 232     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "Comment", &att_len);
 233     if (status == NC_NOERR) {
 234         text = av_malloc(att_len + 1);
 235         if (text) {
 236             nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "Comment", text);
 237             *(text + att_len) = 0;
 238             av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "SOFA file Comment: %s\n", text);
 239             av_freep(&text);
 240         }
 241     }
 242
 243     status = nc_inq_attlen(ncid, NC_GLOBAL, "SOFAConventions", &att_len);
 244     if (status != NC_NOERR) {
 245         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Can't get length of attribute \"SOFAConventions\".\n");
 246         nc_close(ncid);
 247         return AVERROR_INVALIDDATA;
 248     }
 249
 250     sofa_conventions = av_malloc(att_len + 1);
 251     if (!sofa_conventions) {
 252         nc_close(ncid);
 253         return AVERROR(ENOMEM);
 254     }
 255
 256     nc_get_att_text(ncid, NC_GLOBAL, "SOFAConventions", sofa_conventions);
 257     *(sofa_conventions + att_len) = 0;
 258     if (strncmp("SimpleFreeFieldHRIR", sofa_conventions, att_len)) {
 259         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Not a SimpleFreeFieldHRIR file!\n");
 260         av_freep(&sofa_conventions);
 261         nc_close(ncid);
 262         return AVERROR(EINVAL);
 263     }
 264     av_freep(&sofa_conventions);
 265
 266     /* -- get sampling rate of HRTFs -- */
 267     /* read ID, then value */
 268     status  = nc_inq_varid(ncid, "Data.SamplingRate", &samplingrate_id);
 269     status += nc_get_var_uint(ncid, samplingrate_id, &sample_rate);
 270     if (status != NC_NOERR) {
 271         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.SamplingRate.\n");
 272         nc_close(ncid);
 273         return AVERROR(EINVAL);
 274     }
 275     *samplingrate = sample_rate; /* remember sampling rate */
 276
 277     /* -- allocate memory for one value for each measurement position: -- */
 278     sp_a = s->sofa.sp_a = av_malloc_array(m_dim, sizeof(float));
 279     sp_e = s->sofa.sp_e = av_malloc_array(m_dim, sizeof(float));
 280     sp_r = s->sofa.sp_r = av_malloc_array(m_dim, sizeof(float));
 281     /* delay and IR values required for each ear and measurement position: */
 282     data_delay = s->sofa.data_delay = av_calloc(m_dim, 2 * sizeof(int));
 283     data_ir = s->sofa.data_ir = av_calloc(m_dim * FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(float) * 2);
 284
 285     if (!data_delay || !sp_a || !sp_e || !sp_r || !data_ir) {
 286         /* if memory could not be allocated */
 287         close_sofa(&s->sofa);
 288         return AVERROR(ENOMEM);
 289     }
 290
 291     /* get impulse responses (HRTFs): */
 292     /* get corresponding ID */
 293     status = nc_inq_varid(ncid, "Data.IR", &data_ir_id);
 294     status += nc_get_var_float(ncid, data_ir_id, data_ir); /* read and store IRs */
 295     if (status != NC_NOERR) {
 296         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.IR!\n");
 297         ret = AVERROR(EINVAL);
 298         goto error;
 299     }
 300
 301     /* get source positions of the HRTFs in the SOFA file: */
 302     status  = nc_inq_varid(ncid, "SourcePosition", &sp_id); /* get corresponding ID */
 303     status += nc_get_vara_float(ncid, sp_id, (size_t[2]){ 0, 0 } ,
 304                 (size_t[2]){ m_dim, 1}, sp_a); /* read & store azimuth angles */
 305     status += nc_get_vara_float(ncid, sp_id, (size_t[2]){ 0, 1 } ,
 306                 (size_t[2]){ m_dim, 1}, sp_e); /* read & store elevation angles */
 307     status += nc_get_vara_float(ncid, sp_id, (size_t[2]){ 0, 2 } ,
 308                 (size_t[2]){ m_dim, 1}, sp_r); /* read & store radii */
 309     if (status != NC_NOERR) { /* if any source position variable coudn't be read */
 310         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read SourcePosition.\n");
 311         ret = AVERROR(EINVAL);
 312         goto error;
 313     }
 314
 315     /* read Data.Delay, check for errors and fit it to data_delay */
 316     status  = nc_inq_varid(ncid, "Data.Delay", &data_delay_id);
 317     status += nc_inq_vardimid(ncid, data_delay_id, &data_delay_dim_id[0]);
 318     status += nc_inq_dimname(ncid, data_delay_dim_id[0], data_delay_dim_name);
 319     if (status != NC_NOERR) {
 320         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.Delay.\n");
 321         ret = AVERROR(EINVAL);
 322         goto error;
 323     }
 324
 325     /* Data.Delay dimension check */
 326     /* dimension of Data.Delay is [I R]: */
 327     if (!strncmp(data_delay_dim_name, "I", 2)) {
 328         /* check 2 characters to assure string is 0-terminated after "I" */
 329         int delay[2]; /* delays get from SOFA file: */
 330         int *data_delay_r;
 331
 332         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Data.Delay has dimension [I R]\n");
 333         status = nc_get_var_int(ncid, data_delay_id, &delay[0]);
 334         if (status != NC_NOERR) {
 335             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.Delay\n");
 336             ret = AVERROR(EINVAL);
 337             goto error;
 338         }
 339         data_delay_r = data_delay + m_dim;
 340         for (i = 0; i < m_dim; i++) { /* extend given dimension [I R] to [M R] */
 341             /* assign constant delay value for all measurements to data_delay fields */
 342             data_delay[i]   = delay[0];
 343             data_delay_r[i] = delay[1];
 344         }
 345         /* dimension of Data.Delay is [M R] */
 346     } else if (!strncmp(data_delay_dim_name, "M", 2)) {
 347         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Data.Delay in dimension [M R]\n");
 348         /* get delays from SOFA file: */
 349         status = nc_get_var_int(ncid, data_delay_id, data_delay);
 350         if (status != NC_NOERR) {
 351             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't read Data.Delay\n");
 352             ret = AVERROR(EINVAL);
 353             goto error;
 354         }
 355     } else { /* dimension of Data.Delay is neither [I R] nor [M R] */
 356         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Data.Delay does not have the required dimensions [I R] or [M R].\n");
 357         ret = AVERROR(EINVAL);
 358         goto error;
 359     }
 360
 361     /* save information in SOFA struct: */
 362     s->sofa.m_dim = m_dim; /* no. measurement positions */
 363     s->sofa.n_samples = n_samples; /* length on one IR */
 364     s->sofa.ncid = ncid; /* netCDF ID of SOFA file */
 365     nc_close(ncid); /* close SOFA file */
 366
 367     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "m_dim: %d n_samples %d\n", m_dim, n_samples);
 368
 369     return 0;
 370
 371 error:
 372     close_sofa(&s->sofa);
 373     return ret;
 374 }
 375
 376 static int parse_channel_name(char **arg, int *rchannel, char *buf)
 377 {
 378     int len, i, channel_id = 0;
 379     int64_t layout, layout0;
 380
 381     /* try to parse a channel name, e.g. "FL" */
 382     if (sscanf(*arg, "%7[A-Z]%n", buf, &len)) {
 383         layout0 = layout = av_get_channel_layout(buf);
 384         /* channel_id <- first set bit in layout */
 385         for (i = 32; i > 0; i >>= 1) {
 386             if (layout >= (int64_t)1 << i) {
 387                 channel_id += i;
 388                 layout >>= i;
 389             }
 390         }
 391         /* reject layouts that are not a single channel */
 392         if (channel_id >= 64 || layout0 != (int64_t)1 << channel_id)
 393             return AVERROR(EINVAL);
 394         *rchannel = channel_id;
 395         *arg += len;
 396         return 0;
 397     }
 398     return AVERROR(EINVAL);
 399 }
 400
 401 static void parse_speaker_pos(AVFilterContext *ctx, int64_t in_channel_layout)
 402 {
 403     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 404     char *arg, *tokenizer, *p, *args = av_strdup(s->speakers_pos);
 405
 406     if (!args)
 407         return;
 408     p = args;
 409
 410     while ((arg = av_strtok(p, "|", &tokenizer))) {
 411         char buf[8];
 412         float azim, elev;
 413         int out_ch_id;
 414
 415         p = NULL;
 416         if (parse_channel_name(&arg, &out_ch_id, buf)) {
 417             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Failed to parse \'%s\' as channel name.\n", buf);
 418             continue;
 419         }
 420         if (sscanf(arg, "%f %f", &azim, &elev) == 2) {
 421             s->vspkrpos[out_ch_id].set = 1;
 422             s->vspkrpos[out_ch_id].azim = azim;
 423             s->vspkrpos[out_ch_id].elev = elev;
 424         } else if (sscanf(arg, "%f", &azim) == 1) {
 425             s->vspkrpos[out_ch_id].set = 1;
 426             s->vspkrpos[out_ch_id].azim = azim;
 427             s->vspkrpos[out_ch_id].elev = 0;
 428         }
 429     }
 430
 431     av_free(args);
 432 }
 433
 434 static int get_speaker_pos(AVFilterContext *ctx,
 435                            float *speaker_azim, float *speaker_elev)
 436 {
 437     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 438     uint64_t channels_layout = ctx->inputs[0]->channel_layout;
 439     float azim[16] = { 0 };
 440     float elev[16] = { 0 };
 441     int m, ch, n_conv = ctx->inputs[0]->channels; /* get no. input channels */
 442
 443     if (n_conv > 16)
 444         return AVERROR(EINVAL);
 445
 446     s->lfe_channel = -1;
 447
 448     if (s->speakers_pos)
 449         parse_speaker_pos(ctx, channels_layout);
 450
 451     /* set speaker positions according to input channel configuration: */
 452     for (m = 0, ch = 0; ch < n_conv && m < 64; m++) {
 453         uint64_t mask = channels_layout & (1ULL << m);
 454
 455         switch (mask) {
 456         case AV_CH_FRONT_LEFT:            azim[ch] =  30;      break;
 457         case AV_CH_FRONT_RIGHT:           azim[ch] = 330;      break;
 458         case AV_CH_FRONT_CENTER:          azim[ch] =   0;      break;
 459         case AV_CH_LOW_FREQUENCY:
 460         case AV_CH_LOW_FREQUENCY_2:       s->lfe_channel = ch; break;
 461         case AV_CH_BACK_LEFT:             azim[ch] = 150;      break;
 462         case AV_CH_BACK_RIGHT:            azim[ch] = 210;      break;
 463         case AV_CH_BACK_CENTER:           azim[ch] = 180;      break;
 464         case AV_CH_SIDE_LEFT:             azim[ch] =  90;      break;
 465         case AV_CH_SIDE_RIGHT:            azim[ch] = 270;      break;
 466         case AV_CH_FRONT_LEFT_OF_CENTER:  azim[ch] =  15;      break;
 467         case AV_CH_FRONT_RIGHT_OF_CENTER: azim[ch] = 345;      break;
 468         case AV_CH_TOP_CENTER:            azim[ch] =   0;
 469                                           elev[ch] =  90;      break;
 470         case AV_CH_TOP_FRONT_LEFT:        azim[ch] =  30;
 471                                           elev[ch] =  45;      break;
 472         case AV_CH_TOP_FRONT_CENTER:      azim[ch] =   0;
 473                                           elev[ch] =  45;      break;
 474         case AV_CH_TOP_FRONT_RIGHT:       azim[ch] = 330;
 475                                           elev[ch] =  45;      break;
 476         case AV_CH_TOP_BACK_LEFT:         azim[ch] = 150;
 477                                           elev[ch] =  45;      break;
 478         case AV_CH_TOP_BACK_RIGHT:        azim[ch] = 210;
 479                                           elev[ch] =  45;      break;
 480         case AV_CH_TOP_BACK_CENTER:       azim[ch] = 180;
 481                                           elev[ch] =  45;      break;
 482         case AV_CH_WIDE_LEFT:             azim[ch] =  90;      break;
 483         case AV_CH_WIDE_RIGHT:            azim[ch] = 270;      break;
 484         case AV_CH_SURROUND_DIRECT_LEFT:  azim[ch] =  90;      break;
 485         case AV_CH_SURROUND_DIRECT_RIGHT: azim[ch] = 270;      break;
 486         case AV_CH_STEREO_LEFT:           azim[ch] =  90;      break;
 487         case AV_CH_STEREO_RIGHT:          azim[ch] = 270;      break;
 488         case 0:                                                break;
 489         default:
 490             return AVERROR(EINVAL);
 491         }
 492
 493         if (s->vspkrpos[m].set) {
 494             azim[ch] = s->vspkrpos[m].azim;
 495             elev[ch] = s->vspkrpos[m].elev;
 496         }
 497
 498         if (mask)
 499             ch++;
 500     }
 501
 502     memcpy(speaker_azim, azim, n_conv * sizeof(float));
 503     memcpy(speaker_elev, elev, n_conv * sizeof(float));
 504
 505     return 0;
 506
 507 }
 508
 509 static int max_delay(struct NCSofa *sofa)
 510 {
 511     int i, max = 0;
 512
 513     for (i = 0; i < sofa->m_dim * 2; i++) {
 514         /* search maximum delay in given SOFA file */
 515         max = FFMAX(max, sofa->data_delay[i]);
 516     }
 517
 518     return max;
 519 }
 520
 521 static int find_m(SOFAlizerContext *s, int azim, int elev, float radius)
 522 {
 523     /* get source positions and M of currently selected SOFA file */
 524     float *sp_a = s->sofa.sp_a; /* azimuth angle */
 525     float *sp_e = s->sofa.sp_e; /* elevation angle */
 526     float *sp_r = s->sofa.sp_r; /* radius */
 527     int m_dim = s->sofa.m_dim; /* no. measurements */
 528     int best_id = 0; /* index m currently closest to desired source pos. */
 529     float delta = 1000; /* offset between desired and currently best pos. */
 530     float current;
 531     int i;
 532
 533     for (i = 0; i < m_dim; i++) {
 534         /* search through all measurements in currently selected SOFA file */
 535         /* distance of current to desired source position: */
 536         current = fabs(sp_a[i] - azim) +
 537                   fabs(sp_e[i] - elev) +
 538                   fabs(sp_r[i] - radius);
 539         if (current <= delta) {
 540             /* if current distance is smaller than smallest distance so far */
 541             delta = current;
 542             best_id = i; /* remember index */
 543         }
 544     }
 545
 546     return best_id;
 547 }
 548
 549 static int compensate_volume(AVFilterContext *ctx)
 550 {
 551     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 552     float compensate;
 553     float energy = 0;
 554     float *ir;
 555     int m;
 556
 557     if (s->sofa.ncid) {
 558         /* find IR at front center position in the SOFA file (IR closest to 0°,0°,1m) */
 559         struct NCSofa *sofa = &s->sofa;
 560         m = find_m(s, 0, 0, 1);
 561         /* get energy of that IR and compensate volume */
 562         ir = sofa->data_ir + 2 * m * sofa->n_samples;
 563         if (sofa->n_samples & 31) {
 564             energy = avpriv_scalarproduct_float_c(ir, ir, sofa->n_samples);
 565         } else {
 566             energy = s->fdsp->scalarproduct_float(ir, ir, sofa->n_samples);
 567         }
 568         compensate = 256 / (sofa->n_samples * sqrt(energy));
 569         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Compensate-factor: %f\n", compensate);
 570         ir = sofa->data_ir;
 571         /* apply volume compensation to IRs */
 572         if (sofa->n_samples & 31) {
 573             int i;
 574             for (i = 0; i < sofa->n_samples * sofa->m_dim * 2; i++) {
 575                 ir[i] = ir[i] * compensate;
 576             }
 577         } else {
 578             s->fdsp->vector_fmul_scalar(ir, ir, compensate, sofa->n_samples * sofa->m_dim * 2);
 579             emms_c();
 580         }
 581     }
 582
 583     return 0;
 584 }
 585
 586 typedef struct ThreadData {
 587     AVFrame *in, *out;
 588     int *write;
 589     int **delay;
 590     float **ir;
 591     int *n_clippings;
 592     float **ringbuffer;
 593     float **temp_src;
 594     FFTComplex **temp_fft;
 595 } ThreadData;
 596
 597 static int sofalizer_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 598 {
 599     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 600     ThreadData *td = arg;
 601     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 602     int offset = jobnr;
 603     int *write = &td->write[jobnr];
 604     const int *const delay = td->delay[jobnr];
 605     const float *const ir = td->ir[jobnr];
 606     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 607     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 608     float *temp_src = td->temp_src[jobnr];
 609     const int n_samples = s->sofa.n_samples; /* length of one IR */
 610     const float *src = (const float *)in->data[0]; /* get pointer to audio input buffer */
 611     float *dst = (float *)out->data[0]; /* get pointer to audio output buffer */
 612     const int in_channels = s->n_conv; /* number of input channels */
 613     /* ring buffer length is: longest IR plus max. delay -> next power of 2 */
 614     const int buffer_length = s->buffer_length;
 615     /* -1 for AND instead of MODULO (applied to powers of 2): */
 616     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 617     float *buffer[16]; /* holds ringbuffer for each input channel */
 618     int wr = *write;
 619     int read;
 620     int i, l;
 621
 622     dst += offset;
 623     for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 624         /* get starting address of ringbuffer for each input channel */
 625         buffer[l] = ringbuffer + l * buffer_length;
 626     }
 627
 628     for (i = 0; i < in->nb_samples; i++) {
 629         const float *temp_ir = ir; /* using same set of IRs for each sample */
 630
 631         *dst = 0;
 632         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 633             /* write current input sample to ringbuffer (for each channel) */
 634             *(buffer[l] + wr) = src[l];
 635         }
 636
 637         /* loop goes through all channels to be convolved */
 638         for (l = 0; l < in_channels; l++) {
 639             const float *const bptr = buffer[l];
 640
 641             if (l == s->lfe_channel) {
 642                 /* LFE is an input channel but requires no convolution */
 643                 /* apply gain to LFE signal and add to output buffer */
 644                 *dst += *(buffer[s->lfe_channel] + wr) * s->gain_lfe;
 645                 temp_ir += FFALIGN(n_samples, 16);
 646                 continue;
 647             }
 648
 649             /* current read position in ringbuffer: input sample write position
 650              * - delay for l-th ch. + diff. betw. IR length and buffer length
 651              * (mod buffer length) */
 652             read = (wr - *(delay + l) - (n_samples - 1) + buffer_length) & modulo;
 653
 654             if (read + n_samples < buffer_length) {
 655                 memcpy(temp_src, bptr + read, n_samples * sizeof(*temp_src));
 656             } else {
 657                 int len = FFMIN(n_samples - (read % n_samples), buffer_length - read);
 658
 659                 memcpy(temp_src, bptr + read, len * sizeof(*temp_src));
 660                 memcpy(temp_src + len, bptr, (n_samples - len) * sizeof(*temp_src));
 661             }
 662
 663             /* multiply signal and IR, and add up the results */
 664             dst[0] += s->fdsp->scalarproduct_float(temp_ir, temp_src, n_samples);
 665             temp_ir += FFALIGN(n_samples, 16);
 666         }
 667
 668         /* clippings counter */
 669         if (fabs(*dst) > 1)
 670             *n_clippings += 1;
 671
 672         /* move output buffer pointer by +2 to get to next sample of processed channel: */
 673         dst += 2;
 674         src += in_channels;
 675         wr   = (wr + 1) & modulo; /* update ringbuffer write position */
 676     }
 677
 678     *write = wr; /* remember write position in ringbuffer for next call */
 679
 680     return 0;
 681 }
 682
 683 static int sofalizer_fast_convolute(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 684 {
 685     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 686     ThreadData *td = arg;
 687     AVFrame *in = td->in, *out = td->out;
 688     int offset = jobnr;
 689     int *write = &td->write[jobnr];
 690     FFTComplex *hrtf = s->data_hrtf[jobnr]; /* get pointers to current HRTF data */
 691     int *n_clippings = &td->n_clippings[jobnr];
 692     float *ringbuffer = td->ringbuffer[jobnr];
 693     const int n_samples = s->sofa.n_samples; /* length of one IR */
 694     const float *src = (const float *)in->data[0]; /* get pointer to audio input buffer */
 695     float *dst = (float *)out->data[0]; /* get pointer to audio output buffer */
 696     const int in_channels = s->n_conv; /* number of input channels */
 697     /* ring buffer length is: longest IR plus max. delay -> next power of 2 */
 698     const int buffer_length = s->buffer_length;
 699     /* -1 for AND instead of MODULO (applied to powers of 2): */
 700     const uint32_t modulo = (uint32_t)buffer_length - 1;
 701     FFTComplex *fft_in = s->temp_fft[jobnr]; /* temporary array for FFT input/output data */
 702     FFTContext *ifft = s->ifft[jobnr];
 703     FFTContext *fft = s->fft[jobnr];
 704     const int n_conv = s->n_conv;
 705     const int n_fft = s->n_fft;
 706     const float fft_scale = 1.0f / s->n_fft;
 707     FFTComplex *hrtf_offset;
 708     int wr = *write;
 709     int n_read;
 710     int i, j;
 711
 712     dst += offset;
 713
 714     /* find minimum between number of samples and output buffer length:
 715      * (important, if one IR is longer than the output buffer) */
 716     n_read = FFMIN(s->sofa.n_samples, in->nb_samples);
 717     for (j = 0; j < n_read; j++) {
 718         /* initialize output buf with saved signal from overflow buf */
 719         dst[2 * j]     = ringbuffer[wr];
 720         ringbuffer[wr] = 0.0; /* re-set read samples to zero */
 721         /* update ringbuffer read/write position */
 722         wr  = (wr + 1) & modulo;
 723     }
 724
 725     /* initialize rest of output buffer with 0 */
 726     for (j = n_read; j < in->nb_samples; j++) {
 727         dst[2 * j] = 0;
 728     }
 729
 730     for (i = 0; i < n_conv; i++) {
 731         if (i == s->lfe_channel) { /* LFE */
 732             for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 733                 /* apply gain to LFE signal and add to output buffer */
 734                 dst[2 * j] += src[i + j * in_channels] * s->gain_lfe;
 735             }
 736             continue;
 737         }
 738
 739         /* outer loop: go through all input channels to be convolved */
 740         offset = i * n_fft; /* no. samples already processed */
 741         hrtf_offset = hrtf + offset;
 742
 743         /* fill FFT input with 0 (we want to zero-pad) */
 744         memset(fft_in, 0, sizeof(FFTComplex) * n_fft);
 745
 746         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 747             /* prepare input for FFT */
 748             /* write all samples of current input channel to FFT input array */
 749             fft_in[j].re = src[j * in_channels + i];
 750         }
 751
 752         /* transform input signal of current channel to frequency domain */
 753         av_fft_permute(fft, fft_in);
 754         av_fft_calc(fft, fft_in);
 755         for (j = 0; j < n_fft; j++) {
 756             const FFTComplex *hcomplex = hrtf_offset + j;
 757             const float re = fft_in[j].re;
 758             const float im = fft_in[j].im;
 759
 760             /* complex multiplication of input signal and HRTFs */
 761             /* output channel (real): */
 762             fft_in[j].re = re * hcomplex->re - im * hcomplex->im;
 763             /* output channel (imag): */
 764             fft_in[j].im = re * hcomplex->im + im * hcomplex->re;
 765         }
 766
 767         /* transform output signal of current channel back to time domain */
 768         av_fft_permute(ifft, fft_in);
 769         av_fft_calc(ifft, fft_in);
 770
 771         for (j = 0; j < in->nb_samples; j++) {
 772             /* write output signal of current channel to output buffer */
 773             dst[2 * j] += fft_in[j].re * fft_scale;
 774         }
 775
 776         for (j = 0; j < n_samples - 1; j++) { /* overflow length is IR length - 1 */
 777             /* write the rest of output signal to overflow buffer */
 778             int write_pos = (wr + j) & modulo;
 779
 780             *(ringbuffer + write_pos) += fft_in[in->nb_samples + j].re * fft_scale;
 781         }
 782     }
 783
 784     /* go through all samples of current output buffer: count clippings */
 785     for (i = 0; i < out->nb_samples; i++) {
 786         /* clippings counter */
 787         if (fabs(*dst) > 1) { /* if current output sample > 1 */
 788             n_clippings[0]++;
 789         }
 790
 791         /* move output buffer pointer by +2 to get to next sample of processed channel: */
 792         dst += 2;
 793     }
 794
 795     /* remember read/write position in ringbuffer for next call */
 796     *write = wr;
 797
 798     return 0;
 799 }
 800
 801 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 802 {
 803     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 804     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 805     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 806     int n_clippings[2] = { 0 };
 807     ThreadData td;
 808     AVFrame *out;
 809
 810     out = ff_get_audio_buffer(outlink, in->nb_samples);
 811     if (!out) {
 812         av_frame_free(&in);
 813         return AVERROR(ENOMEM);
 814     }
 815     av_frame_copy_props(out, in);
 816
 817     td.in = in; td.out = out; td.write = s->write;
 818     td.delay = s->delay; td.ir = s->data_ir; td.n_clippings = n_clippings;
 819     td.ringbuffer = s->ringbuffer; td.temp_src = s->temp_src;
 820     td.temp_fft = s->temp_fft;
 821
 822     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 823         ctx->internal->execute(ctx, sofalizer_convolute, &td, NULL, 2);
 824     } else {
 825         ctx->internal->execute(ctx, sofalizer_fast_convolute, &td, NULL, 2);
 826     }
 827     emms_c();
 828
 829     /* display error message if clipping occurred */
 830     if (n_clippings[0] + n_clippings[1] > 0) {
 831         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "%d of %d samples clipped. Please reduce gain.\n",
 832                n_clippings[0] + n_clippings[1], out->nb_samples * 2);
 833     }
 834
 835     av_frame_free(&in);
 836     return ff_filter_frame(outlink, out);
 837 }
 838
 839 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 840 {
 841     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 842     AVFilterFormats *formats = NULL;
 843     AVFilterChannelLayouts *layouts = NULL;
 844     int ret, sample_rates[] = { 48000, -1 };
 845
 846     ret = ff_add_format(&formats, AV_SAMPLE_FMT_FLT);
 847     if (ret)
 848         return ret;
 849     ret = ff_set_common_formats(ctx, formats);
 850     if (ret)
 851         return ret;
 852
 853     layouts = ff_all_channel_layouts();
 854     if (!layouts)
 855         return AVERROR(ENOMEM);
 856
 857     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->inputs[0]->out_channel_layouts);
 858     if (ret)
 859         return ret;
 860
 861     layouts = NULL;
 862     ret = ff_add_channel_layout(&layouts, AV_CH_LAYOUT_STEREO);
 863     if (ret)
 864         return ret;
 865
 866     ret = ff_channel_layouts_ref(layouts, &ctx->outputs[0]->in_channel_layouts);
 867     if (ret)
 868         return ret;
 869
 870     sample_rates[0] = s->sample_rate;
 871     formats = ff_make_format_list(sample_rates);
 872     if (!formats)
 873         return AVERROR(ENOMEM);
 874     return ff_set_common_samplerates(ctx, formats);
 875 }
 876
 877 static int load_data(AVFilterContext *ctx, int azim, int elev, float radius)
 878 {
 879     struct SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
 880     const int n_samples = s->sofa.n_samples;
 881     int n_conv = s->n_conv; /* no. channels to convolve */
 882     int n_fft = s->n_fft;
 883     int delay_l[16]; /* broadband delay for each IR */
 884     int delay_r[16];
 885     int nb_input_channels = ctx->inputs[0]->channels; /* no. input channels */
 886     float gain_lin = expf((s->gain - 3 * nb_input_channels) / 20 * M_LN10); /* gain - 3dB/channel */
 887     FFTComplex *data_hrtf_l = NULL;
 888     FFTComplex *data_hrtf_r = NULL;
 889     FFTComplex *fft_in_l = NULL;
 890     FFTComplex *fft_in_r = NULL;
 891     float *data_ir_l = NULL;
 892     float *data_ir_r = NULL;
 893     int offset = 0; /* used for faster pointer arithmetics in for-loop */
 894     int m[16]; /* measurement index m of IR closest to required source positions */
 895     int i, j, azim_orig = azim, elev_orig = elev;
 896
 897     if (!s->sofa.ncid) { /* if an invalid SOFA file has been selected */
 898         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Selected SOFA file is invalid. Please select valid SOFA file.\n");
 899         return AVERROR_INVALIDDATA;
 900     }
 901
 902     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 903         s->temp_src[0] = av_calloc(FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(float));
 904         s->temp_src[1] = av_calloc(FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(float));
 905
 906         /* get temporary IR for L and R channel */
 907         data_ir_l = av_calloc(n_conv * FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(*data_ir_l));
 908         data_ir_r = av_calloc(n_conv * FFALIGN(n_samples, 16), sizeof(*data_ir_r));
 909         if (!data_ir_r || !data_ir_l || !s->temp_src[0] || !s->temp_src[1]) {
 910             av_free(data_ir_l);
 911             av_free(data_ir_r);
 912             return AVERROR(ENOMEM);
 913         }
 914     } else {
 915         /* get temporary HRTF memory for L and R channel */
 916         data_hrtf_l = av_malloc_array(n_fft, sizeof(*data_hrtf_l) * n_conv);
 917         data_hrtf_r = av_malloc_array(n_fft, sizeof(*data_hrtf_r) * n_conv);
 918         if (!data_hrtf_r || !data_hrtf_l) {
 919             av_free(data_hrtf_l);
 920             av_free(data_hrtf_r);
 921             return AVERROR(ENOMEM);
 922         }
 923     }
 924
 925     for (i = 0; i < s->n_conv; i++) {
 926         /* load and store IRs and corresponding delays */
 927         azim = (int)(s->speaker_azim[i] + azim_orig) % 360;
 928         elev = (int)(s->speaker_elev[i] + elev_orig) % 90;
 929         /* get id of IR closest to desired position */
 930         m[i] = find_m(s, azim, elev, radius);
 931
 932         /* load the delays associated with the current IRs */
 933         delay_l[i] = *(s->sofa.data_delay + 2 * m[i]);
 934         delay_r[i] = *(s->sofa.data_delay + 2 * m[i] + 1);
 935
 936         if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 937             offset = i * FFALIGN(n_samples, 16); /* no. samples already written */
 938             for (j = 0; j < n_samples; j++) {
 939                 /* load reversed IRs of the specified source position
 940                  * sample-by-sample for left and right ear; and apply gain */
 941                 *(data_ir_l + offset + j) = /* left channel */
 942                 *(s->sofa.data_ir + 2 * m[i] * n_samples + n_samples - 1 - j) * gain_lin;
 943                 *(data_ir_r + offset + j) = /* right channel */
 944                 *(s->sofa.data_ir + 2 * m[i] * n_samples + n_samples - 1 - j  + n_samples) * gain_lin;
 945             }
 946         } else {
 947             fft_in_l = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_l));
 948             fft_in_r = av_calloc(n_fft, sizeof(*fft_in_r));
 949             if (!fft_in_l || !fft_in_r) {
 950                 av_free(data_hrtf_l);
 951                 av_free(data_hrtf_r);
 952                 av_free(fft_in_l);
 953                 av_free(fft_in_r);
 954                 return AVERROR(ENOMEM);
 955             }
 956
 957             offset = i * n_fft; /* no. samples already written */
 958             for (j = 0; j < n_samples; j++) {
 959                 /* load non-reversed IRs of the specified source position
 960                  * sample-by-sample and apply gain,
 961                  * L channel is loaded to real part, R channel to imag part,
 962                  * IRs ared shifted by L and R delay */
 963                 fft_in_l[delay_l[i] + j].re = /* left channel */
 964                 *(s->sofa.data_ir + 2 * m[i] * n_samples + j) * gain_lin;
 965                 fft_in_r[delay_r[i] + j].re = /* right channel */
 966                 *(s->sofa.data_ir + (2 * m[i] + 1) * n_samples + j) * gain_lin;
 967             }
 968
 969             /* actually transform to frequency domain (IRs -> HRTFs) */
 970             av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_l);
 971             av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_l);
 972             memcpy(data_hrtf_l + offset, fft_in_l, n_fft * sizeof(*fft_in_l));
 973             av_fft_permute(s->fft[0], fft_in_r);
 974             av_fft_calc(s->fft[0], fft_in_r);
 975             memcpy(data_hrtf_r + offset, fft_in_r, n_fft * sizeof(*fft_in_r));
 976         }
 977
 978         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Index: %d, Azimuth: %f, Elevation: %f, Radius: %f of SOFA file.\n",
 979                m[i], *(s->sofa.sp_a + m[i]), *(s->sofa.sp_e + m[i]), *(s->sofa.sp_r + m[i]));
 980     }
 981
 982     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
 983         /* copy IRs and delays to allocated memory in the SOFAlizerContext struct: */
 984         memcpy(s->data_ir[0], data_ir_l, sizeof(float) * n_conv * FFALIGN(n_samples, 16));
 985         memcpy(s->data_ir[1], data_ir_r, sizeof(float) * n_conv * FFALIGN(n_samples, 16));
 986
 987         av_freep(&data_ir_l); /* free temporary IR memory */
 988         av_freep(&data_ir_r);
 989     } else {
 990         s->data_hrtf[0] = av_malloc_array(n_fft * s->n_conv, sizeof(FFTComplex));
 991         s->data_hrtf[1] = av_malloc_array(n_fft * s->n_conv, sizeof(FFTComplex));
 992         if (!s->data_hrtf[0] || !s->data_hrtf[1]) {
 993             av_freep(&data_hrtf_l);
 994             av_freep(&data_hrtf_r);
 995             av_freep(&fft_in_l);
 996             av_freep(&fft_in_r);
 997             return AVERROR(ENOMEM); /* memory allocation failed */
 998         }
 999
1000         memcpy(s->data_hrtf[0], data_hrtf_l, /* copy HRTF data to */
1001             sizeof(FFTComplex) * n_conv * n_fft); /* filter struct */
1002         memcpy(s->data_hrtf[1], data_hrtf_r,
1003             sizeof(FFTComplex) * n_conv * n_fft);
1004
1005         av_freep(&data_hrtf_l); /* free temporary HRTF memory */
1006         av_freep(&data_hrtf_r);
1007
1008         av_freep(&fft_in_l); /* free temporary FFT memory */
1009         av_freep(&fft_in_r);
1010     }
1011
1012     memcpy(s->delay[0], &delay_l[0], sizeof(int) * s->n_conv);
1013     memcpy(s->delay[1], &delay_r[0], sizeof(int) * s->n_conv);
1014
1015     return 0;
1016 }
1017
1018 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
1019 {
1020     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
1021     int ret;
1022
1023     if (!s->filename) {
1024         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Valid SOFA filename must be set.\n");
1025         return AVERROR(EINVAL);
1026     }
1027
1028     /* load SOFA file, */
1029     /* initialize file IDs to 0 before attempting to load SOFA files,
1030      * this assures that in case of error, only the memory of already
1031      * loaded files is free'd */
1032     s->sofa.ncid = 0;
1033     ret = load_sofa(ctx, s->filename, &s->sample_rate);
1034     if (ret) {
1035         /* file loading error */
1036         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error while loading SOFA file: '%s'\n", s->filename);
1037     } else { /* no file loading error, resampling not required */
1038         av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "File '%s' loaded.\n", s->filename);
1039     }
1040
1041     if (ret) {
1042         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "No valid SOFA file could be loaded. Please specify valid SOFA file.\n");
1043         return ret;
1044     }
1045
1046     s->fdsp = avpriv_float_dsp_alloc(0);
1047     if (!s->fdsp)
1048         return AVERROR(ENOMEM);
1049
1050     return 0;
1051 }
1052
1053 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
1054 {
1055     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1056     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
1057     int nb_input_channels = inlink->channels; /* no. input channels */
1058     int n_max_ir = 0;
1059     int n_current;
1060     int n_max = 0;
1061     int ret;
1062
1063     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
1064         inlink->partial_buf_size =
1065         inlink->min_samples =
1066         inlink->max_samples = inlink->sample_rate;
1067     }
1068
1069     /* gain -3 dB per channel, -6 dB to get LFE on a similar level */
1070     s->gain_lfe = expf((s->gain - 3 * inlink->channels - 6) / 20 * M_LN10);
1071
1072     s->n_conv = nb_input_channels;
1073
1074     /* get size of ringbuffer (longest IR plus max. delay) */
1075     /* then choose next power of 2 for performance optimization */
1076     n_current = s->sofa.n_samples + max_delay(&s->sofa);
1077     if (n_current > n_max) {
1078         /* length of longest IR plus max. delay (in all SOFA files) */
1079         n_max = n_current;
1080         /* length of longest IR (without delay, in all SOFA files) */
1081         n_max_ir = s->sofa.n_samples;
1082     }
1083     /* buffer length is longest IR plus max. delay -> next power of 2
1084        (32 - count leading zeros gives required exponent)  */
1085     s->buffer_length = 1 << (32 - ff_clz(n_max));
1086     s->n_fft         = 1 << (32 - ff_clz(n_max + inlink->sample_rate));
1087
1088     if (s->type == FREQUENCY_DOMAIN) {
1089         av_fft_end(s->fft[0]);
1090         av_fft_end(s->fft[1]);
1091         s->fft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
1092         s->fft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 0);
1093         av_fft_end(s->ifft[0]);
1094         av_fft_end(s->ifft[1]);
1095         s->ifft[0] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
1096         s->ifft[1] = av_fft_init(log2(s->n_fft), 1);
1097
1098         if (!s->fft[0] || !s->fft[1] || !s->ifft[0] || !s->ifft[1]) {
1099             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unable to create FFT contexts of size %d.\n", s->n_fft);
1100             return AVERROR(ENOMEM);
1101         }
1102     }
1103
1104     /* Allocate memory for the impulse responses, delays and the ringbuffers */
1105     /* size: (longest IR) * (number of channels to convolute) */
1106     s->data_ir[0] = av_calloc(FFALIGN(n_max_ir, 16), sizeof(float) * s->n_conv);
1107     s->data_ir[1] = av_calloc(FFALIGN(n_max_ir, 16), sizeof(float) * s->n_conv);
1108     /* length:  number of channels to convolute */
1109     s->delay[0] = av_malloc_array(s->n_conv, sizeof(float));
1110     s->delay[1] = av_malloc_array(s->n_conv, sizeof(float));
1111     /* length: (buffer length) * (number of input channels),
1112      * OR: buffer length (if frequency domain processing)
1113      * calloc zero-initializes the buffer */
1114
1115     if (s->type == TIME_DOMAIN) {
1116         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
1117         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float) * nb_input_channels);
1118     } else {
1119         s->ringbuffer[0] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
1120         s->ringbuffer[1] = av_calloc(s->buffer_length, sizeof(float));
1121         s->temp_fft[0] = av_malloc_array(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
1122         s->temp_fft[1] = av_malloc_array(s->n_fft, sizeof(FFTComplex));
1123         if (!s->temp_fft[0] || !s->temp_fft[1])
1124             return AVERROR(ENOMEM);
1125     }
1126
1127     /* length: number of channels to convolute */
1128     s->speaker_azim = av_calloc(s->n_conv, sizeof(*s->speaker_azim));
1129     s->speaker_elev = av_calloc(s->n_conv, sizeof(*s->speaker_elev));
1130
1131     /* memory allocation failed: */
1132     if (!s->data_ir[0] || !s->data_ir[1] || !s->delay[1] ||
1133         !s->delay[0] || !s->ringbuffer[0] || !s->ringbuffer[1] ||
1134         !s->speaker_azim || !s->speaker_elev)
1135         return AVERROR(ENOMEM);
1136
1137     compensate_volume(ctx);
1138
1139     /* get speaker positions */
1140     if ((ret = get_speaker_pos(ctx, s->speaker_azim, s->speaker_elev)) < 0) {
1141         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Couldn't get speaker positions. Input channel configuration not supported.\n");
1142         return ret;
1143     }
1144
1145     /* load IRs to data_ir[0] and data_ir[1] for required directions */
1146     if ((ret = load_data(ctx, s->rotation, s->elevation, s->radius)) < 0)
1147         return ret;
1148
1149     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "Samplerate: %d Channels to convolute: %d, Length of ringbuffer: %d x %d\n",
1150         inlink->sample_rate, s->n_conv, nb_input_channels, s->buffer_length);
1151
1152     return 0;
1153 }
1154
1155 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
1156 {
1157     SOFAlizerContext *s = ctx->priv;
1158
1159     if (s->sofa.ncid) {
1160         av_freep(&s->sofa.sp_a);
1161         av_freep(&s->sofa.sp_e);
1162         av_freep(&s->sofa.sp_r);
1163         av_freep(&s->sofa.data_delay);
1164         av_freep(&s->sofa.data_ir);
1165     }
1166     av_fft_end(s->ifft[0]);
1167     av_fft_end(s->ifft[1]);
1168     av_fft_end(s->fft[0]);
1169     av_fft_end(s->fft[1]);
1170     av_freep(&s->delay[0]);
1171     av_freep(&s->delay[1]);
1172     av_freep(&s->data_ir[0]);
1173     av_freep(&s->data_ir[1]);
1174     av_freep(&s->ringbuffer[0]);
1175     av_freep(&s->ringbuffer[1]);
1176     av_freep(&s->speaker_azim);
1177     av_freep(&s->speaker_elev);
1178     av_freep(&s->temp_src[0]);
1179     av_freep(&s->temp_src[1]);
1180     av_freep(&s->temp_fft[0]);
1181     av_freep(&s->temp_fft[1]);
1182     av_freep(&s->data_hrtf[0]);
1183     av_freep(&s->data_hrtf[1]);
1184     av_freep(&s->fdsp);
1185 }
1186
1187 #define OFFSET(x) offsetof(SOFAlizerContext, x)
1188 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_AUDIO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
1189
1190 static const AVOption sofalizer_options[] = {
1191     { "sofa",      "sofa filename",  OFFSET(filename),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},            .flags = FLAGS },
1192     { "gain",      "set gain in dB", OFFSET(gain),      AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -20,  40, .flags = FLAGS },
1193     { "rotation",  "set rotation"  , OFFSET(rotation),  AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},    -360, 360, .flags = FLAGS },
1194     { "elevation", "set elevation",  OFFSET(elevation), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},     -90,  90, .flags = FLAGS },
1195     { "radius",    "set radius",     OFFSET(radius),    AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=1},       0,   3, .flags = FLAGS },
1196     { "type",      "set processing", OFFSET(type),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=1},       0,   1, .flags = FLAGS, "type" },
1197     { "time",      "time domain",      0,               AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=0},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
1198     { "freq",      "frequency domain", 0,               AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=1},       0,   0, .flags = FLAGS, "type" },
1199     { "speakers",  "set speaker custom positions", OFFSET(speakers_pos), AV_OPT_TYPE_STRING,  {.str=0},    0, 0, .flags = FLAGS },
1200     { NULL }
1201 };
1202
1203 AVFILTER_DEFINE_CLASS(sofalizer);
1204
1205 static const AVFilterPad inputs[] = {
1206     {
1207         .name         = "default",
1208         .type         = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1209         .config_props = config_input,
1210         .filter_frame = filter_frame,
1211     },
1212     { NULL }
1213 };
1214
1215 static const AVFilterPad outputs[] = {
1216     {
1217         .name = "default",
1218         .type = AVMEDIA_TYPE_AUDIO,
1219     },
1220     { NULL }
1221 };
1222
1223 AVFilter ff_af_sofalizer = {
1224     .name          = "sofalizer",
1225     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("SOFAlizer (Spatially Oriented Format for Acoustics)."),
1226     .priv_size     = sizeof(SOFAlizerContext),
1227     .priv_class    = &sofalizer_class,
1228     .init          = init,
1229     .uninit        = uninit,
1230     .query_formats = query_formats,
1231     .inputs        = inputs,
1232     .outputs       = outputs,
1233     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1234 };