bam_tview.c

   1 #undef _HAVE_CURSES
   2
   3 #if _CURSES_LIB == 0
   4 #elif _CURSES_LIB == 1
   5 #include <curses.h>
   6 #ifndef NCURSES_VERSION
   7 #warning "_CURSES_LIB=1 but NCURSES_VERSION not defined; tview is NOT compiled"
   8 #else
   9 #define _HAVE_CURSES
  10 #endif
  11 #elif _CURSES_LIB == 2
  12 #include <xcurses.h>
  13 #define _HAVE_CURSES
  14 #else
  15 #warning "_CURSES_LIB is not 0, 1 or 2; tview is NOT compiled"
  16 #endif
  17
  18 #ifdef _HAVE_CURSES
  19 #include <ctype.h>
  20 #include <assert.h>
  21 #include <string.h>
  22 #include <math.h>
  23 #include "bam.h"
  24 #include "faidx.h"
  25 #include "bam2bcf.h"
  26
  27 char bam_aux_getCEi(bam1_t *b, int i);
  28 char bam_aux_getCSi(bam1_t *b, int i);
  29 char bam_aux_getCQi(bam1_t *b, int i);
  30
  31 #define TV_MIN_ALNROW 2
  32 #define TV_MAX_GOTO  40
  33 #define TV_LOW_MAPQ  10
  34
  35 #define TV_COLOR_MAPQ   0
  36 #define TV_COLOR_BASEQ  1
  37 #define TV_COLOR_NUCL   2
  38 #define TV_COLOR_COL    3
  39 #define TV_COLOR_COLQ   4
  40
  41 #define TV_BASE_NUCL 0
  42 #define TV_BASE_COLOR_SPACE 1
  43
  44 typedef struct {
  45         int mrow, mcol;
  46         WINDOW *wgoto, *whelp;
  47
  48         bam_index_t *idx;
  49         bam_lplbuf_t *lplbuf;
  50         bam_header_t *header;
  51         bamFile fp;
  52         int curr_tid, left_pos;
  53         faidx_t *fai;
  54         bcf_callaux_t *bca;
  55
  56         int ccol, last_pos, row_shift, base_for, color_for, is_dot, l_ref, ins, no_skip, show_name;
  57         char *ref;
  58 } tview_t;
  59
  60 int tv_pl_func(uint32_t tid, uint32_t pos, int n, const bam_pileup1_t *pl, void *data)
  61 {
  62         extern unsigned char bam_nt16_table[256];
  63         tview_t *tv = (tview_t*)data;
  64         int i, j, c, rb, attr, max_ins = 0;
  65         uint32_t call = 0;
  66         if (pos < tv->left_pos || tv->ccol > tv->mcol) return 0; // out of screen
  67         // print referece
  68         rb = (tv->ref && pos - tv->left_pos < tv->l_ref)? tv->ref[pos - tv->left_pos] : 'N';
  69         for (i = tv->last_pos + 1; i < pos; ++i) {
  70                 if (i%10 == 0 && tv->mcol - tv->ccol >= 10) mvprintw(0, tv->ccol, "%-d", i+1);
  71                 c = tv->ref? tv->ref[i - tv->left_pos] : 'N';
  72                 mvaddch(1, tv->ccol++, c);
  73         }
  74         if (pos%10 == 0 && tv->mcol - tv->ccol >= 10) mvprintw(0, tv->ccol, "%-d", pos+1);
  75         { // call consensus
  76                 bcf_callret1_t bcr;
  77                 int qsum[4], a1, a2, tmp;
  78                 double p[3], prior = 30;
  79                 bcf_call_glfgen(n, pl, bam_nt16_table[rb], tv->bca, &bcr);
  80                 for (i = 0; i < 4; ++i) qsum[i] = bcr.qsum[i]<<2 | i;
  81                 for (i = 1; i < 4; ++i) // insertion sort
  82                         for (j = i; j > 0 && qsum[j] > qsum[j-1]; --j)
  83                                 tmp = qsum[j], qsum[j] = qsum[j-1], qsum[j-1] = tmp;
  84                 a1 = qsum[0]&3; a2 = qsum[1]&3;
  85                 p[0] = bcr.p[a1*5+a1]; p[1] = bcr.p[a1*5+a2] + prior; p[2] = bcr.p[a2*5+a2];
  86                 if ("ACGT"[a1] != toupper(rb)) p[0] += prior + 3;
  87                 if ("ACGT"[a2] != toupper(rb)) p[2] += prior + 3;
  88                 if (p[0] < p[1] && p[0] < p[2]) call = (1<<a1)<<16 | (int)((p[1]<p[2]?p[1]:p[2]) - p[0] + .499);
  89                 else if (p[2] < p[1] && p[2] < p[0]) call = (1<<a2)<<16 | (int)((p[0]<p[1]?p[0]:p[1]) - p[2] + .499);
  90                 else call = (1<<a1|1<<a2)<<16 | (int)((p[0]<p[2]?p[0]:p[2]) - p[1] + .499);
  91         }
  92         attr = A_UNDERLINE;
  93         c = ",ACMGRSVTWYHKDBN"[call>>16&0xf];
  94         i = (call&0xffff)/10+1;
  95         if (i > 4) i = 4;
  96         attr |= COLOR_PAIR(i);
  97         if (c == toupper(rb)) c = '.';
  98         attron(attr);
  99         mvaddch(2, tv->ccol, c);
 100         attroff(attr);
 101         if(tv->ins) {
 102                 // calculate maximum insert
 103                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 104                         const bam_pileup1_t *p = pl + i;
 105                         if (p->indel > 0 && max_ins < p->indel) max_ins = p->indel;
 106                 }
 107         }
 108         // core loop
 109         for (j = 0; j <= max_ins; ++j) {
 110                 for (i = 0; i < n; ++i) {
 111                         const bam_pileup1_t *p = pl + i;
 112                         int row = TV_MIN_ALNROW + p->level - tv->row_shift;
 113                         if (j == 0) {
 114                                 if (!p->is_del) {
 115                                         if (tv->base_for == TV_BASE_COLOR_SPACE &&
 116                                                         (c = bam_aux_getCSi(p->b, p->qpos))) {
 117                                                 // assume that if we found one color, we will be able to get the color error
 118                                                 if (tv->is_dot && '-' == bam_aux_getCEi(p->b, p->qpos)) c = bam1_strand(p->b)? ',' : '.';
 119                                         } else {
 120                                                 if (tv->show_name) {
 121                                                         char *name = bam1_qname(p->b);
 122                                                         c = (p->qpos + 1 >= p->b->core.l_qname)? ' ' : name[p->qpos];
 123                                                 } else {
 124                                                         c = bam_nt16_rev_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos)];
 125                                                         if (tv->is_dot && toupper(c) == toupper(rb)) c = bam1_strand(p->b)? ',' : '.';
 126                                                 }
 127                                         }
 128                                 } else c = p->is_refskip? (bam1_strand(p->b)? '<' : '>') : '*';
 129                         } else { // padding
 130                                 if (j > p->indel) c = '*';
 131                                 else { // insertion
 132                                         if (tv->base_for ==  TV_BASE_NUCL) {
 133                                                 if (tv->show_name) {
 134                                                         char *name = bam1_qname(p->b);
 135                                                         c = (p->qpos + j + 1 >= p->b->core.l_qname)? ' ' : name[p->qpos + j];
 136                                                 } else {
 137                                                         c = bam_nt16_rev_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos + j)];
 138                                                         if (j == 0 && tv->is_dot && toupper(c) == toupper(rb)) c = bam1_strand(p->b)? ',' : '.';
 139                                                 }
 140                                         } else {
 141                                                 c = bam_aux_getCSi(p->b, p->qpos + j);
 142                                                 if (tv->is_dot && '-' == bam_aux_getCEi(p->b, p->qpos + j)) c = bam1_strand(p->b)? ',' : '.';
 143                                         }
 144                                 }
 145                         }
 146                         if (row > TV_MIN_ALNROW && row < tv->mrow) {
 147                                 int x;
 148                                 attr = 0;
 149                                 if (((p->b->core.flag&BAM_FPAIRED) && !(p->b->core.flag&BAM_FPROPER_PAIR))
 150                                                 || (p->b->core.flag & BAM_FSECONDARY)) attr |= A_UNDERLINE;
 151                                 if (tv->color_for == TV_COLOR_BASEQ) {
 152                                         x = bam1_qual(p->b)[p->qpos]/10 + 1;
 153                                         if (x > 4) x = 4;
 154                                         attr |= COLOR_PAIR(x);
 155                                 } else if (tv->color_for == TV_COLOR_MAPQ) {
 156                                         x = p->b->core.qual/10 + 1;
 157                                         if (x > 4) x = 4;
 158                                         attr |= COLOR_PAIR(x);
 159                                 } else if (tv->color_for == TV_COLOR_NUCL) {
 160                                         x = bam_nt16_nt4_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos)] + 5;
 161                                         attr |= COLOR_PAIR(x);
 162                                 } else if(tv->color_for == TV_COLOR_COL) {
 163                                         x = 0;
 164                                         switch(bam_aux_getCSi(p->b, p->qpos)) {
 165                                                 case '0': x = 0; break;
 166                                                 case '1': x = 1; break;
 167                                                 case '2': x = 2; break;
 168                                                 case '3': x = 3; break;
 169                                                 case '4': x = 4; break;
 170                                                 default: x = bam_nt16_nt4_table[bam1_seqi(bam1_seq(p->b), p->qpos)]; break;
 171                                         }
 172                                         x+=5;
 173                                         attr |= COLOR_PAIR(x);
 174                                 } else if(tv->color_for == TV_COLOR_COLQ) {
 175                                         x = bam_aux_getCQi(p->b, p->qpos);
 176                                         if(0 == x) x = bam1_qual(p->b)[p->qpos];
 177                                         x = x/10 + 1;
 178                                         if (x > 4) x = 4;
 179                                         attr |= COLOR_PAIR(x);
 180                                 }
 181                                 attron(attr);
 182                                 mvaddch(row, tv->ccol, bam1_strand(p->b)? tolower(c) : toupper(c));
 183                                 attroff(attr);
 184                         }
 185                 }
 186                 c = j? '*' : rb;
 187                 if (c == '*') {
 188                         attr = COLOR_PAIR(8);
 189                         attron(attr);
 190                         mvaddch(1, tv->ccol++, c);
 191                         attroff(attr);
 192                 } else mvaddch(1, tv->ccol++, c);
 193         }
 194         tv->last_pos = pos;
 195         return 0;
 196 }
 197
 198 tview_t *tv_init(const char *fn, const char *fn_fa)
 199 {
 200         tview_t *tv = (tview_t*)calloc(1, sizeof(tview_t));
 201         tv->is_dot = 1;
 202         tv->fp = bam_open(fn, "r");
 203         bgzf_set_cache_size(tv->fp, 8 * 1024 *1024);
 204         assert(tv->fp);
 205         tv->header = bam_header_read(tv->fp);
 206         tv->idx = bam_index_load(fn);
 207         if (tv->idx == 0) exit(1);
 208         tv->lplbuf = bam_lplbuf_init(tv_pl_func, tv);
 209         if (fn_fa) tv->fai = fai_load(fn_fa);
 210         tv->bca = bcf_call_init(0.83, 13);
 211         tv->ins = 1;
 212
 213         initscr();
 214         keypad(stdscr, TRUE);
 215         clear();
 216         noecho();
 217         cbreak();
 218         tv->mrow = 24; tv->mcol = 80;
 219         getmaxyx(stdscr, tv->mrow, tv->mcol);
 220         tv->wgoto = newwin(3, TV_MAX_GOTO + 10, 10, 5);
 221         tv->whelp = newwin(29, 40, 5, 5);
 222         tv->color_for = TV_COLOR_MAPQ;
 223         start_color();
 224         init_pair(1, COLOR_BLUE, COLOR_BLACK);
 225         init_pair(2, COLOR_GREEN, COLOR_BLACK);
 226         init_pair(3, COLOR_YELLOW, COLOR_BLACK);
 227         init_pair(4, COLOR_WHITE, COLOR_BLACK);
 228         init_pair(5, COLOR_GREEN, COLOR_BLACK);
 229         init_pair(6, COLOR_CYAN, COLOR_BLACK);
 230         init_pair(7, COLOR_YELLOW, COLOR_BLACK);
 231         init_pair(8, COLOR_RED, COLOR_BLACK);
 232         init_pair(9, COLOR_BLUE, COLOR_BLACK);
 233         return tv;
 234 }
 235
 236 void tv_destroy(tview_t *tv)
 237 {
 238         delwin(tv->wgoto); delwin(tv->whelp);
 239         endwin();
 240
 241         bam_lplbuf_destroy(tv->lplbuf);
 242         bcf_call_destroy(tv->bca);
 243         bam_index_destroy(tv->idx);
 244         if (tv->fai) fai_destroy(tv->fai);
 245         free(tv->ref);
 246         bam_header_destroy(tv->header);
 247         bam_close(tv->fp);
 248         free(tv);
 249 }
 250
 251 int tv_fetch_func(const bam1_t *b, void *data)
 252 {
 253         tview_t *tv = (tview_t*)data;
 254         if (tv->no_skip) {
 255                 uint32_t *cigar = bam1_cigar(b); // this is cheating...
 256                 int i;
 257                 for (i = 0; i <b->core.n_cigar; ++i) {
 258                         if ((cigar[i]&0xf) == BAM_CREF_SKIP)
 259                                 cigar[i] = cigar[i]>>4<<4 | BAM_CDEL;
 260                 }
 261         }
 262         bam_lplbuf_push(b, tv->lplbuf);
 263         return 0;
 264 }
 265
 266 int tv_draw_aln(tview_t *tv, int tid, int pos)
 267 {
 268         // reset
 269         clear();
 270         tv->curr_tid = tid; tv->left_pos = pos;
 271         tv->last_pos = tv->left_pos - 1;
 272         tv->ccol = 0;
 273         // print ref and consensus
 274         if (tv->fai) {
 275                 char *str;
 276                 if (tv->ref) free(tv->ref);
 277                 str = (char*)calloc(strlen(tv->header->target_name[tv->curr_tid]) + 30, 1);
 278                 sprintf(str, "%s:%d-%d", tv->header->target_name[tv->curr_tid], tv->left_pos + 1, tv->left_pos + tv->mcol);
 279                 tv->ref = fai_fetch(tv->fai, str, &tv->l_ref);
 280                 free(str);
 281         }
 282         // draw aln
 283         bam_lplbuf_reset(tv->lplbuf);
 284         bam_fetch(tv->fp, tv->idx, tv->curr_tid, tv->left_pos, tv->left_pos + tv->mcol, tv, tv_fetch_func);
 285         bam_lplbuf_push(0, tv->lplbuf);
 286
 287         while (tv->ccol < tv->mcol) {
 288                 int pos = tv->last_pos + 1;
 289                 if (pos%10 == 0 && tv->mcol - tv->ccol >= 10) mvprintw(0, tv->ccol, "%-d", pos+1);
 290                 mvaddch(1, tv->ccol++, (tv->ref && pos < tv->l_ref)? tv->ref[pos - tv->left_pos] : 'N');
 291                 ++tv->last_pos;
 292         }
 293         return 0;
 294 }
 295
 296 static void tv_win_goto(tview_t *tv, int *tid, int *pos)
 297 {
 298         char str[256], *p;
 299         int i, l = 0;
 300         wborder(tv->wgoto, '|', '|', '-', '-', '+', '+', '+', '+');
 301         mvwprintw(tv->wgoto, 1, 2, "Goto: ");
 302         for (;;) {
 303                 int c = wgetch(tv->wgoto);
 304                 wrefresh(tv->wgoto);
 305                 if (c == KEY_BACKSPACE || c == '\010' || c == '\177') {
 306                         if(l > 0) --l;
 307                 } else if (c == KEY_ENTER || c == '\012' || c == '\015') {
 308                         int _tid = -1, _beg, _end;
 309                         if (str[0] == '=') {
 310                                 _beg = strtol(str+1, &p, 10) - 1;
 311                                 if (_beg > 0) {
 312                                         *pos = _beg;
 313                                         return;
 314                                 }
 315                         } else {
 316                                 bam_parse_region(tv->header, str, &_tid, &_beg, &_end);
 317                                 if (_tid >= 0) {
 318                                         *tid = _tid; *pos = _beg;
 319                                         return;
 320                                 }
 321                         }
 322                 } else if (isgraph(c)) {
 323                         if (l < TV_MAX_GOTO) str[l++] = c;
 324                 } else if (c == '\027') l = 0;
 325                 else if (c == '\033') return;
 326                 str[l] = '\0';
 327                 for (i = 0; i < TV_MAX_GOTO; ++i) mvwaddch(tv->wgoto, 1, 8 + i, ' ');
 328                 mvwprintw(tv->wgoto, 1, 8, "%s", str);
 329         }
 330 }
 331
 332 static void tv_win_help(tview_t *tv) {
 333         int r = 1;
 334         WINDOW *win = tv->whelp;
 335         wborder(win, '|', '|', '-', '-', '+', '+', '+', '+');
 336         mvwprintw(win, r++, 2, "        -=-    Help    -=- ");
 337         r++;
 338         mvwprintw(win, r++, 2, "?          This window");
 339         mvwprintw(win, r++, 2, "Arrows     Small scroll movement");
 340         mvwprintw(win, r++, 2, "h,j,k,l    Small scroll movement");
 341         mvwprintw(win, r++, 2, "H,J,K,L    Large scroll movement");
 342         mvwprintw(win, r++, 2, "ctrl-H     Scroll 1k left");
 343         mvwprintw(win, r++, 2, "ctrl-L     Scroll 1k right");
 344         mvwprintw(win, r++, 2, "space      Scroll one screen");
 345         mvwprintw(win, r++, 2, "backspace  Scroll back one screen");
 346         mvwprintw(win, r++, 2, "g          Go to specific location");
 347         mvwprintw(win, r++, 2, "m          Color for mapping qual");
 348         mvwprintw(win, r++, 2, "n          Color for nucleotide");
 349         mvwprintw(win, r++, 2, "b          Color for base quality");
 350         mvwprintw(win, r++, 2, "c          Color for cs color");
 351         mvwprintw(win, r++, 2, "z          Color for cs qual");
 352         mvwprintw(win, r++, 2, ".          Toggle on/off dot view");
 353         mvwprintw(win, r++, 2, "s          Toggle on/off ref skip");
 354         mvwprintw(win, r++, 2, "r          Toggle on/off rd name");
 355         mvwprintw(win, r++, 2, "N          Turn on nt view");
 356         mvwprintw(win, r++, 2, "C          Turn on cs view");
 357         mvwprintw(win, r++, 2, "i          Toggle on/off ins");
 358         mvwprintw(win, r++, 2, "q          Exit");
 359         r++;
 360         mvwprintw(win, r++, 2, "Underline:      Secondary or orphan");
 361         mvwprintw(win, r++, 2, "Blue:    0-9    Green: 10-19");
 362         mvwprintw(win, r++, 2, "Yellow: 20-29   White: >=30");
 363         wrefresh(win);
 364         wgetch(win);
 365 }
 366
 367 void tv_loop(tview_t *tv)
 368 {
 369         int tid, pos;
 370         tid = tv->curr_tid; pos = tv->left_pos;
 371         while (1) {
 372                 int c = getch();
 373                 switch (c) {
 374                         case '?': tv_win_help(tv); break;
 375                         case '\033':
 376                         case 'q': goto end_loop;
 377                         case '/':
 378                         case 'g': tv_win_goto(tv, &tid, &pos); break;
 379                         case 'm': tv->color_for = TV_COLOR_MAPQ; break;
 380                         case 'b': tv->color_for = TV_COLOR_BASEQ; break;
 381                         case 'n': tv->color_for = TV_COLOR_NUCL; break;
 382                         case 'c': tv->color_for = TV_COLOR_COL; break;
 383                         case 'z': tv->color_for = TV_COLOR_COLQ; break;
 384                         case 's': tv->no_skip = !tv->no_skip; break;
 385                         case 'r': tv->show_name = !tv->show_name; break;
 386                         case KEY_LEFT:
 387                         case 'h': --pos; break;
 388                         case KEY_RIGHT:
 389                         case 'l': ++pos; break;
 390                         case KEY_SLEFT:
 391                         case 'H': pos -= 20; break;
 392                         case KEY_SRIGHT:
 393                         case 'L': pos += 20; break;
 394                         case '.': tv->is_dot = !tv->is_dot; break;
 395                         case 'N': tv->base_for = TV_BASE_NUCL; break;
 396                         case 'C': tv->base_for = TV_BASE_COLOR_SPACE; break;
 397                         case 'i': tv->ins = !tv->ins; break;
 398                         case '\010': pos -= 1000; break;
 399                         case '\014': pos += 1000; break;
 400                         case ' ': pos += tv->mcol; break;
 401                         case KEY_UP:
 402                         case 'j': --tv->row_shift; break;
 403                         case KEY_DOWN:
 404                         case 'k': ++tv->row_shift; break;
 405                         case KEY_BACKSPACE:
 406                         case '\177': pos -= tv->mcol; break;
 407                         case KEY_RESIZE: getmaxyx(stdscr, tv->mrow, tv->mcol); break;
 408                         default: continue;
 409                 }
 410                 if (pos < 0) pos = 0;
 411                 if (tv->row_shift < 0) tv->row_shift = 0;
 412                 tv_draw_aln(tv, tid, pos);
 413         }
 414 end_loop:
 415         return;
 416 }
 417
 418 int bam_tview_main(int argc, char *argv[])
 419 {
 420         tview_t *tv;
 421         if (argc == 1) {
 422                 fprintf(stderr, "Usage: bamtk tview <aln.bam> [ref.fasta]\n");
 423                 return 1;
 424         }
 425         tv = tv_init(argv[1], (argc == 2)? 0 : argv[2]);
 426         tv_draw_aln(tv, 0, 0);
 427         tv_loop(tv);
 428         tv_destroy(tv);
 429         return 0;
 430 }
 431 #else // #ifdef _HAVE_CURSES
 432 #include <stdio.h>
 433 #warning "No curses library is available; tview is disabled."
 434 int bam_tview_main(int argc, char *argv[])
 435 {
 436         fprintf(stderr, "[bam_tview_main] The ncurses library is unavailable; tview is not compiled.\n");
 437         return 1;
 438 }
 439 #endif // #ifdef _HAVE_CURSES