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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013-2014 Clément Bœsch
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 /**
  22  * A simple, relatively efficient and slow DCT image denoiser.
  23  *
  24  * @see http://www.ipol.im/pub/art/2011/ys-dct/
  25  *
  26  * The DCT factorization used is based on "Fast and numerically stable
  27  * algorithms for discrete cosine transforms" from Gerlind Plonkaa & Manfred
  28  * Tasche (DOI: 10.1016/j.laa.2004.07.015).
  29  */
  30
  31 #include "libavutil/avassert.h"
  32 #include "libavutil/eval.h"
  33 #include "libavutil/opt.h"
  34 #include "internal.h"
  35
  36 static const char *const var_names[] = { "c", NULL };
  37 enum { VAR_C, VAR_VARS_NB };
  38
  39 #define MAX_THREADS 8
  40
  41 typedef struct DCTdnoizContext {
  42     const AVClass *class;
  43
  44     /* coefficient factor expression */
  45     char *expr_str;
  46     AVExpr *expr[MAX_THREADS];
  47     double var_values[MAX_THREADS][VAR_VARS_NB];
  48
  49     int nb_threads;
  50     int pr_width, pr_height;    // width and height to process
  51     float sigma;                // used when no expression are st
  52     float th;                   // threshold (3*sigma)
  53     float *cbuf[2][3];          // two planar rgb color buffers
  54     float *slices[MAX_THREADS]; // slices buffers (1 slice buffer per thread)
  55     float *weights;             // dct coeff are cumulated with overlapping; these values are used for averaging
  56     int p_linesize;             // line sizes for color and weights
  57     int overlap;                // number of block overlapping pixels
  58     int step;                   // block step increment (blocksize - overlap)
  59     int n;                      // 1<<n is the block size
  60     int bsize;                  // block size, 1<<n
  61     void (*filter_freq_func)(struct DCTdnoizContext *s,
  62                              const float *src, int src_linesize,
  63                              float *dst, int dst_linesize,
  64                              int thread_id);
  65     void (*color_decorrelation)(float **dst, int dst_linesize,
  66                                 const uint8_t **src, int src_linesize,
  67                                 int w, int h);
  68     void (*color_correlation)(uint8_t **dst, int dst_linesize,
  69                               float **src, int src_linesize,
  70                               int w, int h);
  71 } DCTdnoizContext;
  72
  73 #define MIN_NBITS 3 /* blocksize = 1<<3 =  8 */
  74 #define MAX_NBITS 4 /* blocksize = 1<<4 = 16 */
  75 #define DEFAULT_NBITS 3
  76
  77 #define OFFSET(x) offsetof(DCTdnoizContext, x)
  78 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  79 static const AVOption dctdnoiz_options[] = {
  80     { "sigma",   "set noise sigma constant",               OFFSET(sigma),    AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},            0, 999,          .flags = FLAGS },
  81     { "s",       "set noise sigma constant",               OFFSET(sigma),    AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0},            0, 999,          .flags = FLAGS },
  82     { "overlap", "set number of block overlapping pixels", OFFSET(overlap),  AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=-1}, -1, (1<<MAX_NBITS)-1, .flags = FLAGS },
  83     { "expr",    "set coefficient factor expression",      OFFSET(expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},                          .flags = FLAGS },
  84     { "e",       "set coefficient factor expression",      OFFSET(expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL},                          .flags = FLAGS },
  85     { "n",       "set the block size, expressed in bits",  OFFSET(n),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=DEFAULT_NBITS}, MIN_NBITS, MAX_NBITS, .flags = FLAGS },
  86     { NULL }
  87 };
  88
  89 AVFILTER_DEFINE_CLASS(dctdnoiz);
  90
  91 static void av_always_inline fdct8_1d(float *dst, const float *src,
  92                                       int dst_stridea, int dst_strideb,
  93                                       int src_stridea, int src_strideb)
  94 {
  95     int i;
  96
  97     for (i = 0; i < 8; i++) {
  98         const float x00 = src[0*src_stridea] + src[7*src_stridea];
  99         const float x01 = src[1*src_stridea] + src[6*src_stridea];
 100         const float x02 = src[2*src_stridea] + src[5*src_stridea];
 101         const float x03 = src[3*src_stridea] + src[4*src_stridea];
 102         const float x04 = src[0*src_stridea] - src[7*src_stridea];
 103         const float x05 = src[1*src_stridea] - src[6*src_stridea];
 104         const float x06 = src[2*src_stridea] - src[5*src_stridea];
 105         const float x07 = src[3*src_stridea] - src[4*src_stridea];
 106         const float x08 = x00 + x03;
 107         const float x09 = x01 + x02;
 108         const float x0a = x00 - x03;
 109         const float x0b = x01 - x02;
 110         const float x0c = 1.38703984532215f*x04 + 0.275899379282943f*x07;
 111         const float x0d = 1.17587560241936f*x05 + 0.785694958387102f*x06;
 112         const float x0e = -0.785694958387102f*x05 + 1.17587560241936f*x06;
 113         const float x0f = 0.275899379282943f*x04 - 1.38703984532215f*x07;
 114         const float x10 = 0.353553390593274f * (x0c - x0d);
 115         const float x11 = 0.353553390593274f * (x0e - x0f);
 116         dst[0*dst_stridea] = 0.353553390593274f * (x08 + x09);
 117         dst[1*dst_stridea] = 0.353553390593274f * (x0c + x0d);
 118         dst[2*dst_stridea] = 0.461939766255643f*x0a + 0.191341716182545f*x0b;
 119         dst[3*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x10 - x11);
 120         dst[4*dst_stridea] = 0.353553390593274f * (x08 - x09);
 121         dst[5*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x10 + x11);
 122         dst[6*dst_stridea] = 0.191341716182545f*x0a - 0.461939766255643f*x0b;
 123         dst[7*dst_stridea] = 0.353553390593274f * (x0e + x0f);
 124         dst += dst_strideb;
 125         src += src_strideb;
 126     }
 127 }
 128
 129 static void av_always_inline idct8_1d(float *dst, const float *src,
 130                                       int dst_stridea, int dst_strideb,
 131                                       int src_stridea, int src_strideb,
 132                                       int add)
 133 {
 134     int i;
 135
 136     for (i = 0; i < 8; i++) {
 137         const float x00 =  1.4142135623731f  *src[0*src_stridea];
 138         const float x01 =  1.38703984532215f *src[1*src_stridea] + 0.275899379282943f*src[7*src_stridea];
 139         const float x02 =  1.30656296487638f *src[2*src_stridea] + 0.541196100146197f*src[6*src_stridea];
 140         const float x03 =  1.17587560241936f *src[3*src_stridea] + 0.785694958387102f*src[5*src_stridea];
 141         const float x04 =  1.4142135623731f  *src[4*src_stridea];
 142         const float x05 = -0.785694958387102f*src[3*src_stridea] + 1.17587560241936f*src[5*src_stridea];
 143         const float x06 =  0.541196100146197f*src[2*src_stridea] - 1.30656296487638f*src[6*src_stridea];
 144         const float x07 = -0.275899379282943f*src[1*src_stridea] + 1.38703984532215f*src[7*src_stridea];
 145         const float x09 = x00 + x04;
 146         const float x0a = x01 + x03;
 147         const float x0b = 1.4142135623731f*x02;
 148         const float x0c = x00 - x04;
 149         const float x0d = x01 - x03;
 150         const float x0e = 0.353553390593274f * (x09 - x0b);
 151         const float x0f = 0.353553390593274f * (x0c + x0d);
 152         const float x10 = 0.353553390593274f * (x0c - x0d);
 153         const float x11 = 1.4142135623731f*x06;
 154         const float x12 = x05 + x07;
 155         const float x13 = x05 - x07;
 156         const float x14 = 0.353553390593274f * (x11 + x12);
 157         const float x15 = 0.353553390593274f * (x11 - x12);
 158         const float x16 = 0.5f*x13;
 159         dst[0*dst_stridea] = (add ? dst[ 0*dst_stridea] : 0) + 0.25f * (x09 + x0b) + 0.353553390593274f*x0a;
 160         dst[1*dst_stridea] = (add ? dst[ 1*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x0f + x15);
 161         dst[2*dst_stridea] = (add ? dst[ 2*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x0f - x15);
 162         dst[3*dst_stridea] = (add ? dst[ 3*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x0e + x16);
 163         dst[4*dst_stridea] = (add ? dst[ 4*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x0e - x16);
 164         dst[5*dst_stridea] = (add ? dst[ 5*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x10 - x14);
 165         dst[6*dst_stridea] = (add ? dst[ 6*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x10 + x14);
 166         dst[7*dst_stridea] = (add ? dst[ 7*dst_stridea] : 0) + 0.25f * (x09 + x0b) - 0.353553390593274f*x0a;
 167         dst += dst_strideb;
 168         src += src_strideb;
 169     }
 170 }
 171
 172
 173 static void av_always_inline fdct16_1d(float *dst, const float *src,
 174                                        int dst_stridea, int dst_strideb,
 175                                        int src_stridea, int src_strideb)
 176 {
 177     int i;
 178
 179     for (i = 0; i < 16; i++) {
 180         const float x00 = src[ 0*src_stridea] + src[15*src_stridea];
 181         const float x01 = src[ 1*src_stridea] + src[14*src_stridea];
 182         const float x02 = src[ 2*src_stridea] + src[13*src_stridea];
 183         const float x03 = src[ 3*src_stridea] + src[12*src_stridea];
 184         const float x04 = src[ 4*src_stridea] + src[11*src_stridea];
 185         const float x05 = src[ 5*src_stridea] + src[10*src_stridea];
 186         const float x06 = src[ 6*src_stridea] + src[ 9*src_stridea];
 187         const float x07 = src[ 7*src_stridea] + src[ 8*src_stridea];
 188         const float x08 = src[ 0*src_stridea] - src[15*src_stridea];
 189         const float x09 = src[ 1*src_stridea] - src[14*src_stridea];
 190         const float x0a = src[ 2*src_stridea] - src[13*src_stridea];
 191         const float x0b = src[ 3*src_stridea] - src[12*src_stridea];
 192         const float x0c = src[ 4*src_stridea] - src[11*src_stridea];
 193         const float x0d = src[ 5*src_stridea] - src[10*src_stridea];
 194         const float x0e = src[ 6*src_stridea] - src[ 9*src_stridea];
 195         const float x0f = src[ 7*src_stridea] - src[ 8*src_stridea];
 196         const float x10 = x00 + x07;
 197         const float x11 = x01 + x06;
 198         const float x12 = x02 + x05;
 199         const float x13 = x03 + x04;
 200         const float x14 = x00 - x07;
 201         const float x15 = x01 - x06;
 202         const float x16 = x02 - x05;
 203         const float x17 = x03 - x04;
 204         const float x18 = x10 + x13;
 205         const float x19 = x11 + x12;
 206         const float x1a = x10 - x13;
 207         const float x1b = x11 - x12;
 208         const float x1c =   1.38703984532215f*x14 + 0.275899379282943f*x17;
 209         const float x1d =   1.17587560241936f*x15 + 0.785694958387102f*x16;
 210         const float x1e = -0.785694958387102f*x15 + 1.17587560241936f *x16;
 211         const float x1f =  0.275899379282943f*x14 - 1.38703984532215f *x17;
 212         const float x20 = 0.25f * (x1c - x1d);
 213         const float x21 = 0.25f * (x1e - x1f);
 214         const float x22 =  1.40740373752638f *x08 + 0.138617169199091f*x0f;
 215         const float x23 =  1.35331800117435f *x09 + 0.410524527522357f*x0e;
 216         const float x24 =  1.24722501298667f *x0a + 0.666655658477747f*x0d;
 217         const float x25 =  1.09320186700176f *x0b + 0.897167586342636f*x0c;
 218         const float x26 = -0.897167586342636f*x0b + 1.09320186700176f *x0c;
 219         const float x27 =  0.666655658477747f*x0a - 1.24722501298667f *x0d;
 220         const float x28 = -0.410524527522357f*x09 + 1.35331800117435f *x0e;
 221         const float x29 =  0.138617169199091f*x08 - 1.40740373752638f *x0f;
 222         const float x2a = x22 + x25;
 223         const float x2b = x23 + x24;
 224         const float x2c = x22 - x25;
 225         const float x2d = x23 - x24;
 226         const float x2e = 0.25f * (x2a - x2b);
 227         const float x2f = 0.326640741219094f*x2c + 0.135299025036549f*x2d;
 228         const float x30 = 0.135299025036549f*x2c - 0.326640741219094f*x2d;
 229         const float x31 = x26 + x29;
 230         const float x32 = x27 + x28;
 231         const float x33 = x26 - x29;
 232         const float x34 = x27 - x28;
 233         const float x35 = 0.25f * (x31 - x32);
 234         const float x36 = 0.326640741219094f*x33 + 0.135299025036549f*x34;
 235         const float x37 = 0.135299025036549f*x33 - 0.326640741219094f*x34;
 236         dst[ 0*dst_stridea] = 0.25f * (x18 + x19);
 237         dst[ 1*dst_stridea] = 0.25f * (x2a + x2b);
 238         dst[ 2*dst_stridea] = 0.25f * (x1c + x1d);
 239         dst[ 3*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x2f - x37);
 240         dst[ 4*dst_stridea] = 0.326640741219094f*x1a + 0.135299025036549f*x1b;
 241         dst[ 5*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x2f + x37);
 242         dst[ 6*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x20 - x21);
 243         dst[ 7*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x2e + x35);
 244         dst[ 8*dst_stridea] = 0.25f * (x18 - x19);
 245         dst[ 9*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x2e - x35);
 246         dst[10*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x20 + x21);
 247         dst[11*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x30 - x36);
 248         dst[12*dst_stridea] = 0.135299025036549f*x1a - 0.326640741219094f*x1b;
 249         dst[13*dst_stridea] = 0.707106781186547f * (x30 + x36);
 250         dst[14*dst_stridea] = 0.25f * (x1e + x1f);
 251         dst[15*dst_stridea] = 0.25f * (x31 + x32);
 252         dst += dst_strideb;
 253         src += src_strideb;
 254     }
 255 }
 256
 257 static void av_always_inline idct16_1d(float *dst, const float *src,
 258                                        int dst_stridea, int dst_strideb,
 259                                        int src_stridea, int src_strideb,
 260                                        int add)
 261 {
 262     int i;
 263
 264     for (i = 0; i < 16; i++) {
 265         const float x00 =  1.4142135623731f  *src[ 0*src_stridea];
 266         const float x01 =  1.40740373752638f *src[ 1*src_stridea] + 0.138617169199091f*src[15*src_stridea];
 267         const float x02 =  1.38703984532215f *src[ 2*src_stridea] + 0.275899379282943f*src[14*src_stridea];
 268         const float x03 =  1.35331800117435f *src[ 3*src_stridea] + 0.410524527522357f*src[13*src_stridea];
 269         const float x04 =  1.30656296487638f *src[ 4*src_stridea] + 0.541196100146197f*src[12*src_stridea];
 270         const float x05 =  1.24722501298667f *src[ 5*src_stridea] + 0.666655658477747f*src[11*src_stridea];
 271         const float x06 =  1.17587560241936f *src[ 6*src_stridea] + 0.785694958387102f*src[10*src_stridea];
 272         const float x07 =  1.09320186700176f *src[ 7*src_stridea] + 0.897167586342636f*src[ 9*src_stridea];
 273         const float x08 =  1.4142135623731f  *src[ 8*src_stridea];
 274         const float x09 = -0.897167586342636f*src[ 7*src_stridea] + 1.09320186700176f*src[ 9*src_stridea];
 275         const float x0a =  0.785694958387102f*src[ 6*src_stridea] - 1.17587560241936f*src[10*src_stridea];
 276         const float x0b = -0.666655658477747f*src[ 5*src_stridea] + 1.24722501298667f*src[11*src_stridea];
 277         const float x0c =  0.541196100146197f*src[ 4*src_stridea] - 1.30656296487638f*src[12*src_stridea];
 278         const float x0d = -0.410524527522357f*src[ 3*src_stridea] + 1.35331800117435f*src[13*src_stridea];
 279         const float x0e =  0.275899379282943f*src[ 2*src_stridea] - 1.38703984532215f*src[14*src_stridea];
 280         const float x0f = -0.138617169199091f*src[ 1*src_stridea] + 1.40740373752638f*src[15*src_stridea];
 281         const float x12 = x00 + x08;
 282         const float x13 = x01 + x07;
 283         const float x14 = x02 + x06;
 284         const float x15 = x03 + x05;
 285         const float x16 = 1.4142135623731f*x04;
 286         const float x17 = x00 - x08;
 287         const float x18 = x01 - x07;
 288         const float x19 = x02 - x06;
 289         const float x1a = x03 - x05;
 290         const float x1d = x12 + x16;
 291         const float x1e = x13 + x15;
 292         const float x1f = 1.4142135623731f*x14;
 293         const float x20 = x12 - x16;
 294         const float x21 = x13 - x15;
 295         const float x22 = 0.25f * (x1d - x1f);
 296         const float x23 = 0.25f * (x20 + x21);
 297         const float x24 = 0.25f * (x20 - x21);
 298         const float x25 = 1.4142135623731f*x17;
 299         const float x26 = 1.30656296487638f*x18 + 0.541196100146197f*x1a;
 300         const float x27 = 1.4142135623731f*x19;
 301         const float x28 = -0.541196100146197f*x18 + 1.30656296487638f*x1a;
 302         const float x29 = 0.176776695296637f * (x25 + x27) + 0.25f*x26;
 303         const float x2a = 0.25f * (x25 - x27);
 304         const float x2b = 0.176776695296637f * (x25 + x27) - 0.25f*x26;
 305         const float x2c = 0.353553390593274f*x28;
 306         const float x1b = 0.707106781186547f * (x2a - x2c);
 307         const float x1c = 0.707106781186547f * (x2a + x2c);
 308         const float x2d = 1.4142135623731f*x0c;
 309         const float x2e = x0b + x0d;
 310         const float x2f = x0a + x0e;
 311         const float x30 = x09 + x0f;
 312         const float x31 = x09 - x0f;
 313         const float x32 = x0a - x0e;
 314         const float x33 = x0b - x0d;
 315         const float x37 = 1.4142135623731f*x2d;
 316         const float x38 = 1.30656296487638f*x2e + 0.541196100146197f*x30;
 317         const float x39 = 1.4142135623731f*x2f;
 318         const float x3a = -0.541196100146197f*x2e + 1.30656296487638f*x30;
 319         const float x3b = 0.176776695296637f * (x37 + x39) + 0.25f*x38;
 320         const float x3c = 0.25f * (x37 - x39);
 321         const float x3d = 0.176776695296637f * (x37 + x39) - 0.25f*x38;
 322         const float x3e = 0.353553390593274f*x3a;
 323         const float x34 = 0.707106781186547f * (x3c - x3e);
 324         const float x35 = 0.707106781186547f * (x3c + x3e);
 325         const float x3f = 1.4142135623731f*x32;
 326         const float x40 = x31 + x33;
 327         const float x41 = x31 - x33;
 328         const float x42 = 0.25f * (x3f + x40);
 329         const float x43 = 0.25f * (x3f - x40);
 330         const float x44 = 0.353553390593274f*x41;
 331         dst[ 0*dst_stridea] = (add ? dst[ 0*dst_stridea] : 0) + 0.176776695296637f * (x1d + x1f) + 0.25f*x1e;
 332         dst[ 1*dst_stridea] = (add ? dst[ 1*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x29 + x3d);
 333         dst[ 2*dst_stridea] = (add ? dst[ 2*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x29 - x3d);
 334         dst[ 3*dst_stridea] = (add ? dst[ 3*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x23 - x43);
 335         dst[ 4*dst_stridea] = (add ? dst[ 4*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x23 + x43);
 336         dst[ 5*dst_stridea] = (add ? dst[ 5*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x1b - x35);
 337         dst[ 6*dst_stridea] = (add ? dst[ 6*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x1b + x35);
 338         dst[ 7*dst_stridea] = (add ? dst[ 7*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x22 + x44);
 339         dst[ 8*dst_stridea] = (add ? dst[ 8*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x22 - x44);
 340         dst[ 9*dst_stridea] = (add ? dst[ 9*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x1c + x34);
 341         dst[10*dst_stridea] = (add ? dst[10*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x1c - x34);
 342         dst[11*dst_stridea] = (add ? dst[11*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x24 + x42);
 343         dst[12*dst_stridea] = (add ? dst[12*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x24 - x42);
 344         dst[13*dst_stridea] = (add ? dst[13*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x2b - x3b);
 345         dst[14*dst_stridea] = (add ? dst[14*dst_stridea] : 0) + 0.707106781186547f * (x2b + x3b);
 346         dst[15*dst_stridea] = (add ? dst[15*dst_stridea] : 0) + 0.176776695296637f * (x1d + x1f) - 0.25f*x1e;
 347         dst += dst_strideb;
 348         src += src_strideb;
 349     }
 350 }
 351
 352 #define DEF_FILTER_FREQ_FUNCS(bsize)                                                        \
 353 static av_always_inline void filter_freq_##bsize(const float *src, int src_linesize,        \
 354                                                  float *dst, int dst_linesize,              \
 355                                                  AVExpr *expr, double *var_values,          \
 356                                                  int sigma_th)                              \
 357 {                                                                                           \
 358     unsigned i;                                                                             \
 359     DECLARE_ALIGNED(32, float, tmp_block1)[bsize * bsize];                                  \
 360     DECLARE_ALIGNED(32, float, tmp_block2)[bsize * bsize];                                  \
 361                                                                                             \
 362     /* forward DCT */                                                                       \
 363     fdct##bsize##_1d(tmp_block1, src, 1, bsize, 1, src_linesize);                           \
 364     fdct##bsize##_1d(tmp_block2, tmp_block1, bsize, 1, bsize, 1);                           \
 365                                                                                             \
 366     for (i = 0; i < bsize*bsize; i++) {                                                     \
 367         float *b = &tmp_block2[i];                                                          \
 368         /* frequency filtering */                                                           \
 369         if (expr) {                                                                         \
 370             var_values[VAR_C] = fabsf(*b);                                                  \
 371             *b *= av_expr_eval(expr, var_values, NULL);                                     \
 372         } else {                                                                            \
 373             if (fabsf(*b) < sigma_th)                                                       \
 374                 *b = 0;                                                                     \
 375         }                                                                                   \
 376     }                                                                                       \
 377                                                                                             \
 378     /* inverse DCT */                                                                       \
 379     idct##bsize##_1d(tmp_block1, tmp_block2, 1, bsize, 1, bsize, 0);                        \
 380     idct##bsize##_1d(dst, tmp_block1, dst_linesize, 1, bsize, 1, 1);                        \
 381 }                                                                                           \
 382                                                                                             \
 383 static void filter_freq_sigma_##bsize(DCTdnoizContext *s,                                   \
 384                                       const float *src, int src_linesize,                   \
 385                                       float *dst, int dst_linesize, int thread_id)          \
 386 {                                                                                           \
 387     filter_freq_##bsize(src, src_linesize, dst, dst_linesize, NULL, NULL, s->th);           \
 388 }                                                                                           \
 389                                                                                             \
 390 static void filter_freq_expr_##bsize(DCTdnoizContext *s,                                    \
 391                                      const float *src, int src_linesize,                    \
 392                                      float *dst, int dst_linesize, int thread_id)           \
 393 {                                                                                           \
 394     filter_freq_##bsize(src, src_linesize, dst, dst_linesize,                               \
 395                         s->expr[thread_id], s->var_values[thread_id], 0);                   \
 396 }
 397
 398 DEF_FILTER_FREQ_FUNCS(8)
 399 DEF_FILTER_FREQ_FUNCS(16)
 400
 401 #define DCT3X3_0_0  0.5773502691896258f /*  1/sqrt(3) */
 402 #define DCT3X3_0_1  0.5773502691896258f /*  1/sqrt(3) */
 403 #define DCT3X3_0_2  0.5773502691896258f /*  1/sqrt(3) */
 404 #define DCT3X3_1_0  0.7071067811865475f /*  1/sqrt(2) */
 405 #define DCT3X3_1_2 -0.7071067811865475f /* -1/sqrt(2) */
 406 #define DCT3X3_2_0  0.4082482904638631f /*  1/sqrt(6) */
 407 #define DCT3X3_2_1 -0.8164965809277261f /* -2/sqrt(6) */
 408 #define DCT3X3_2_2  0.4082482904638631f /*  1/sqrt(6) */
 409
 410 static av_always_inline void color_decorrelation(float **dst, int dst_linesize,
 411                                                  const uint8_t **src, int src_linesize,
 412                                                  int w, int h,
 413                                                  int r, int g, int b)
 414 {
 415     int x, y;
 416     float *dstp_r = dst[0];
 417     float *dstp_g = dst[1];
 418     float *dstp_b = dst[2];
 419     const uint8_t *srcp = src[0];
 420
 421     for (y = 0; y < h; y++) {
 422         for (x = 0; x < w; x++) {
 423             dstp_r[x] = srcp[r] * DCT3X3_0_0 + srcp[g] * DCT3X3_0_1 + srcp[b] * DCT3X3_0_2;
 424             dstp_g[x] = srcp[r] * DCT3X3_1_0 +                        srcp[b] * DCT3X3_1_2;
 425             dstp_b[x] = srcp[r] * DCT3X3_2_0 + srcp[g] * DCT3X3_2_1 + srcp[b] * DCT3X3_2_2;
 426             srcp += 3;
 427         }
 428         srcp   += src_linesize - w * 3;
 429         dstp_r += dst_linesize;
 430         dstp_g += dst_linesize;
 431         dstp_b += dst_linesize;
 432     }
 433 }
 434
 435 static av_always_inline void color_correlation(uint8_t **dst, int dst_linesize,
 436                                                float **src, int src_linesize,
 437                                                int w, int h,
 438                                                int r, int g, int b)
 439 {
 440     int x, y;
 441     const float *src_r = src[0];
 442     const float *src_g = src[1];
 443     const float *src_b = src[2];
 444     uint8_t *dstp = dst[0];
 445
 446     for (y = 0; y < h; y++) {
 447         for (x = 0; x < w; x++) {
 448             dstp[r] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_0 + src_g[x] * DCT3X3_1_0 + src_b[x] * DCT3X3_2_0);
 449             dstp[g] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_1 +                         src_b[x] * DCT3X3_2_1);
 450             dstp[b] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_2 + src_g[x] * DCT3X3_1_2 + src_b[x] * DCT3X3_2_2);
 451             dstp += 3;
 452         }
 453         dstp  += dst_linesize - w * 3;
 454         src_r += src_linesize;
 455         src_g += src_linesize;
 456         src_b += src_linesize;
 457     }
 458 }
 459
 460 #define DECLARE_COLOR_FUNCS(name, r, g, b)                                          \
 461 static void color_decorrelation_##name(float **dst, int dst_linesize,               \
 462                                        const uint8_t **src, int src_linesize,       \
 463                                        int w, int h)                                \
 464 {                                                                                   \
 465     color_decorrelation(dst, dst_linesize, src, src_linesize, w, h, r, g, b);       \
 466 }                                                                                   \
 467                                                                                     \
 468 static void color_correlation_##name(uint8_t **dst, int dst_linesize,               \
 469                                      float **src, int src_linesize,                 \
 470                                      int w, int h)                                  \
 471 {                                                                                   \
 472     color_correlation(dst, dst_linesize, src, src_linesize, w, h, r, g, b);         \
 473 }
 474
 475 DECLARE_COLOR_FUNCS(rgb, 0, 1, 2)
 476 DECLARE_COLOR_FUNCS(bgr, 2, 1, 0)
 477
 478 static av_always_inline void color_decorrelation_gbrp(float **dst, int dst_linesize,
 479                                                       const uint8_t **src, int src_linesize,
 480                                                       int w, int h)
 481 {
 482     int x, y;
 483     float *dstp_r = dst[0];
 484     float *dstp_g = dst[1];
 485     float *dstp_b = dst[2];
 486     const uint8_t *srcp_r = src[2];
 487     const uint8_t *srcp_g = src[0];
 488     const uint8_t *srcp_b = src[1];
 489
 490     for (y = 0; y < h; y++) {
 491         for (x = 0; x < w; x++) {
 492             dstp_r[x] = srcp_r[x] * DCT3X3_0_0 + srcp_g[x] * DCT3X3_0_1 + srcp_b[x] * DCT3X3_0_2;
 493             dstp_g[x] = srcp_r[x] * DCT3X3_1_0 +                          srcp_b[x] * DCT3X3_1_2;
 494             dstp_b[x] = srcp_r[x] * DCT3X3_2_0 + srcp_g[x] * DCT3X3_2_1 + srcp_b[x] * DCT3X3_2_2;
 495         }
 496         srcp_r += src_linesize;
 497         srcp_g += src_linesize;
 498         srcp_b += src_linesize;
 499         dstp_r += dst_linesize;
 500         dstp_g += dst_linesize;
 501         dstp_b += dst_linesize;
 502     }
 503 }
 504
 505 static av_always_inline void color_correlation_gbrp(uint8_t **dst, int dst_linesize,
 506                                                     float **src, int src_linesize,
 507                                                     int w, int h)
 508 {
 509     int x, y;
 510     const float *src_r = src[0];
 511     const float *src_g = src[1];
 512     const float *src_b = src[2];
 513     uint8_t *dstp_r = dst[2];
 514     uint8_t *dstp_g = dst[0];
 515     uint8_t *dstp_b = dst[1];
 516
 517     for (y = 0; y < h; y++) {
 518         for (x = 0; x < w; x++) {
 519             dstp_r[x] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_0 + src_g[x] * DCT3X3_1_0 + src_b[x] * DCT3X3_2_0);
 520             dstp_g[x] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_1 +                         src_b[x] * DCT3X3_2_1);
 521             dstp_b[x] = av_clip_uint8(src_r[x] * DCT3X3_0_2 + src_g[x] * DCT3X3_1_2 + src_b[x] * DCT3X3_2_2);
 522         }
 523         dstp_r += dst_linesize;
 524         dstp_g += dst_linesize;
 525         dstp_b += dst_linesize;
 526         src_r += src_linesize;
 527         src_g += src_linesize;
 528         src_b += src_linesize;
 529     }
 530 }
 531
 532 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 533 {
 534     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 535     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
 536     int i, x, y, bx, by, linesize, *iweights, max_slice_h, slice_h;
 537     const int bsize = 1 << s->n;
 538
 539     switch (inlink->format) {
 540     case AV_PIX_FMT_BGR24:
 541         s->color_decorrelation = color_decorrelation_bgr;
 542         s->color_correlation   = color_correlation_bgr;
 543         break;
 544     case AV_PIX_FMT_RGB24:
 545         s->color_decorrelation = color_decorrelation_rgb;
 546         s->color_correlation   = color_correlation_rgb;
 547         break;
 548     case AV_PIX_FMT_GBRP:
 549         s->color_decorrelation = color_decorrelation_gbrp;
 550         s->color_correlation   = color_correlation_gbrp;
 551         break;
 552     default:
 553         av_assert0(0);
 554     }
 555
 556     s->pr_width  = inlink->w - (inlink->w - bsize) % s->step;
 557     s->pr_height = inlink->h - (inlink->h - bsize) % s->step;
 558     if (s->pr_width != inlink->w)
 559         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "The last %d horizontal pixels won't be denoised\n",
 560                inlink->w - s->pr_width);
 561     if (s->pr_height != inlink->h)
 562         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "The last %d vertical pixels won't be denoised\n",
 563                inlink->h - s->pr_height);
 564
 565     max_slice_h = s->pr_height / ((s->bsize - 1) * 2);
 566     s->nb_threads = FFMIN3(MAX_THREADS, ff_filter_get_nb_threads(ctx), max_slice_h);
 567     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "threads: [max=%d hmax=%d user=%d] => %d\n",
 568            MAX_THREADS, max_slice_h, ff_filter_get_nb_threads(ctx), s->nb_threads);
 569
 570     s->p_linesize = linesize = FFALIGN(s->pr_width, 32);
 571     for (i = 0; i < 2; i++) {
 572         s->cbuf[i][0] = av_malloc_array(linesize * s->pr_height, sizeof(*s->cbuf[i][0]));
 573         s->cbuf[i][1] = av_malloc_array(linesize * s->pr_height, sizeof(*s->cbuf[i][1]));
 574         s->cbuf[i][2] = av_malloc_array(linesize * s->pr_height, sizeof(*s->cbuf[i][2]));
 575         if (!s->cbuf[i][0] || !s->cbuf[i][1] || !s->cbuf[i][2])
 576             return AVERROR(ENOMEM);
 577     }
 578
 579     /* eval expressions are probably not thread safe when the eval internal
 580      * state can be changed (typically through load & store operations) */
 581     if (s->expr_str) {
 582         for (i = 0; i < s->nb_threads; i++) {
 583             int ret = av_expr_parse(&s->expr[i], s->expr_str, var_names,
 584                                     NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
 585             if (ret < 0)
 586                 return ret;
 587         }
 588     }
 589
 590     /* each slice will need to (pre & re)process the top and bottom block of
 591      * the previous one in in addition to its processing area. This is because
 592      * each pixel is averaged by all the surrounding blocks */
 593     slice_h = (int)ceilf(s->pr_height / (float)s->nb_threads) + (s->bsize - 1) * 2;
 594     for (i = 0; i < s->nb_threads; i++) {
 595         s->slices[i] = av_malloc_array(linesize, slice_h * sizeof(*s->slices[i]));
 596         if (!s->slices[i])
 597             return AVERROR(ENOMEM);
 598     }
 599
 600     s->weights = av_malloc(s->pr_height * linesize * sizeof(*s->weights));
 601     if (!s->weights)
 602         return AVERROR(ENOMEM);
 603     iweights = av_calloc(s->pr_height, linesize * sizeof(*iweights));
 604     if (!iweights)
 605         return AVERROR(ENOMEM);
 606     for (y = 0; y < s->pr_height - bsize + 1; y += s->step)
 607         for (x = 0; x < s->pr_width - bsize + 1; x += s->step)
 608             for (by = 0; by < bsize; by++)
 609                 for (bx = 0; bx < bsize; bx++)
 610                     iweights[(y + by)*linesize + x + bx]++;
 611     for (y = 0; y < s->pr_height; y++)
 612         for (x = 0; x < s->pr_width; x++)
 613             s->weights[y*linesize + x] = 1. / iweights[y*linesize + x];
 614     av_free(iweights);
 615
 616     return 0;
 617 }
 618
 619 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 620 {
 621     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
 622
 623     s->bsize = 1 << s->n;
 624     if (s->overlap == -1)
 625         s->overlap = s->bsize - 1;
 626
 627     if (s->overlap > s->bsize - 1) {
 628         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "Overlap value can not except %d "
 629                "with a block size of %dx%d\n",
 630                s->bsize - 1, s->bsize, s->bsize);
 631         return AVERROR(EINVAL);
 632     }
 633
 634     if (s->expr_str) {
 635         switch (s->n) {
 636         case 3: s->filter_freq_func = filter_freq_expr_8;  break;
 637         case 4: s->filter_freq_func = filter_freq_expr_16; break;
 638         default: av_assert0(0);
 639         }
 640     } else {
 641         switch (s->n) {
 642         case 3: s->filter_freq_func = filter_freq_sigma_8;  break;
 643         case 4: s->filter_freq_func = filter_freq_sigma_16; break;
 644         default: av_assert0(0);
 645         }
 646     }
 647
 648     s->th   = s->sigma * 3.;
 649     s->step = s->bsize - s->overlap;
 650     return 0;
 651 }
 652
 653 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 654 {
 655     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 656         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
 657         AV_PIX_FMT_GBRP,
 658         AV_PIX_FMT_NONE
 659     };
 660     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 661     if (!fmts_list)
 662         return AVERROR(ENOMEM);
 663     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 664 }
 665
 666 typedef struct ThreadData {
 667     float *src, *dst;
 668 } ThreadData;
 669
 670 static int filter_slice(AVFilterContext *ctx,
 671                         void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 672 {
 673     int x, y;
 674     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
 675     const ThreadData *td = arg;
 676     const int w = s->pr_width;
 677     const int h = s->pr_height;
 678     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 679     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 680     const int slice_start_ctx = FFMAX(slice_start - s->bsize + 1, 0);
 681     const int slice_end_ctx   = FFMIN(slice_end, h - s->bsize + 1);
 682     const int slice_h = slice_end_ctx - slice_start_ctx;
 683     const int src_linesize   = s->p_linesize;
 684     const int dst_linesize   = s->p_linesize;
 685     const int slice_linesize = s->p_linesize;
 686     float *dst;
 687     const float *src = td->src + slice_start_ctx * src_linesize;
 688     const float *weights = s->weights + slice_start * dst_linesize;
 689     float *slice = s->slices[jobnr];
 690
 691     // reset block sums
 692     memset(slice, 0, (slice_h + s->bsize - 1) * dst_linesize * sizeof(*slice));
 693
 694     // block dct sums
 695     for (y = 0; y < slice_h; y += s->step) {
 696         for (x = 0; x < w - s->bsize + 1; x += s->step)
 697             s->filter_freq_func(s, src + x, src_linesize,
 698                                 slice + x, slice_linesize,
 699                                 jobnr);
 700         src += s->step * src_linesize;
 701         slice += s->step * slice_linesize;
 702     }
 703
 704     // average blocks
 705     slice = s->slices[jobnr] + (slice_start - slice_start_ctx) * slice_linesize;
 706     dst = td->dst + slice_start * dst_linesize;
 707     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 708         for (x = 0; x < w; x++)
 709             dst[x] = slice[x] * weights[x];
 710         slice += slice_linesize;
 711         dst += dst_linesize;
 712         weights += dst_linesize;
 713     }
 714
 715     return 0;
 716 }
 717
 718 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 719 {
 720     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 721     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
 722     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 723     int direct, plane;
 724     AVFrame *out;
 725
 726     if (av_frame_is_writable(in)) {
 727         direct = 1;
 728         out = in;
 729     } else {
 730         direct = 0;
 731         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 732         if (!out) {
 733             av_frame_free(&in);
 734             return AVERROR(ENOMEM);
 735         }
 736         av_frame_copy_props(out, in);
 737     }
 738
 739     s->color_decorrelation(s->cbuf[0], s->p_linesize,
 740                            (const uint8_t **)in->data, in->linesize[0],
 741                            s->pr_width, s->pr_height);
 742     for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 743         ThreadData td = {
 744             .src = s->cbuf[0][plane],
 745             .dst = s->cbuf[1][plane],
 746         };
 747         ctx->internal->execute(ctx, filter_slice, &td, NULL, s->nb_threads);
 748     }
 749     s->color_correlation(out->data, out->linesize[0],
 750                          s->cbuf[1], s->p_linesize,
 751                          s->pr_width, s->pr_height);
 752
 753     if (!direct) {
 754         int y;
 755         uint8_t *dst = out->data[0];
 756         const uint8_t *src = in->data[0];
 757         const int dst_linesize = out->linesize[0];
 758         const int src_linesize = in->linesize[0];
 759         const int hpad = (inlink->w - s->pr_width) * 3;
 760         const int vpad = (inlink->h - s->pr_height);
 761
 762         if (hpad) {
 763             uint8_t       *dstp = dst + s->pr_width * 3;
 764             const uint8_t *srcp = src + s->pr_width * 3;
 765
 766             for (y = 0; y < s->pr_height; y++) {
 767                 memcpy(dstp, srcp, hpad);
 768                 dstp += dst_linesize;
 769                 srcp += src_linesize;
 770             }
 771         }
 772         if (vpad) {
 773             uint8_t       *dstp = dst + s->pr_height * dst_linesize;
 774             const uint8_t *srcp = src + s->pr_height * src_linesize;
 775
 776             for (y = 0; y < vpad; y++) {
 777                 memcpy(dstp, srcp, inlink->w * 3);
 778                 dstp += dst_linesize;
 779                 srcp += src_linesize;
 780             }
 781         }
 782
 783         av_frame_free(&in);
 784     }
 785
 786     return ff_filter_frame(outlink, out);
 787 }
 788
 789 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 790 {
 791     int i;
 792     DCTdnoizContext *s = ctx->priv;
 793
 794     av_freep(&s->weights);
 795     for (i = 0; i < 2; i++) {
 796         av_freep(&s->cbuf[i][0]);
 797         av_freep(&s->cbuf[i][1]);
 798         av_freep(&s->cbuf[i][2]);
 799     }
 800     for (i = 0; i < s->nb_threads; i++) {
 801         av_freep(&s->slices[i]);
 802         av_expr_free(s->expr[i]);
 803     }
 804 }
 805
 806 static const AVFilterPad dctdnoiz_inputs[] = {
 807     {
 808         .name         = "default",
 809         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 810         .filter_frame = filter_frame,
 811         .config_props = config_input,
 812     },
 813     { NULL }
 814 };
 815
 816 static const AVFilterPad dctdnoiz_outputs[] = {
 817     {
 818         .name = "default",
 819         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 820     },
 821     { NULL }
 822 };
 823
 824 AVFilter ff_vf_dctdnoiz = {
 825     .name          = "dctdnoiz",
 826     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Denoise frames using 2D DCT."),
 827     .priv_size     = sizeof(DCTdnoizContext),
 828     .init          = init,
 829     .uninit        = uninit,
 830     .query_formats = query_formats,
 831     .inputs        = dctdnoiz_inputs,
 832     .outputs       = dctdnoiz_outputs,
 833     .priv_class    = &dctdnoiz_class,
 834     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 835 };