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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011 Pascal Getreuer
   3  * Copyright (c) 2016 Paul B Mahol
   4  *
   5  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
   6  * are permitted provided that the following conditions are met:
   7  *
   8  *  * Redistributions of source code must retain the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  10  *  * Redistributions in binary form must reproduce the above
  11  *    copyright notice, this list of conditions and the following
  12  *    disclaimer in the documentation and/or other materials provided
  13  *    with the distribution.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
  16  * "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
  17  * LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
  18  * A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT
  19  * HOLDER BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  20  * EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
  21  * PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
  22  * PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
  23  * LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  24  * NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  25  * SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  26  */
  27
  28 #include <float.h>
  29
  30 #include "libavutil/imgutils.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "libavutil/pixdesc.h"
  33 #include "avfilter.h"
  34 #include "formats.h"
  35 #include "gblur.h"
  36 #include "internal.h"
  37 #include "video.h"
  38
  39 #define OFFSET(x) offsetof(GBlurContext, x)
  40 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  41
  42 static const AVOption gblur_options[] = {
  43     { "sigma",  "set sigma",            OFFSET(sigma),  AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0.0, 1024, FLAGS },
  44     { "steps",  "set number of steps",  OFFSET(steps),  AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=1},     1,    6, FLAGS },
  45     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=0xF},   0,  0xF, FLAGS },
  46     { "sigmaV", "set vertical sigma",   OFFSET(sigmaV), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=-1},   -1, 1024, FLAGS },
  47     { NULL }
  48 };
  49
  50 AVFILTER_DEFINE_CLASS(gblur);
  51
  52 typedef struct ThreadData {
  53     int height;
  54     int width;
  55 } ThreadData;
  56
  57 static void postscale_c(float *buffer, int length,
  58                         float postscale, float min, float max)
  59 {
  60     for (int i = 0; i < length; i++) {
  61         buffer[i] *= postscale;
  62         buffer[i] = av_clipf(buffer[i], min, max);
  63     }
  64 }
  65
  66 static void horiz_slice_c(float *buffer, int width, int height, int steps,
  67                           float nu, float bscale)
  68 {
  69     int step, x, y;
  70     float *ptr;
  71     for (y = 0; y < height; y++) {
  72         for (step = 0; step < steps; step++) {
  73             ptr = buffer + width * y;
  74             ptr[0] *= bscale;
  75
  76             /* Filter rightwards */
  77             for (x = 1; x < width; x++)
  78                 ptr[x] += nu * ptr[x - 1];
  79             ptr[x = width - 1] *= bscale;
  80
  81             /* Filter leftwards */
  82             for (; x > 0; x--)
  83                 ptr[x - 1] += nu * ptr[x];
  84         }
  85     }
  86 }
  87
  88 static int filter_horizontally(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
  89 {
  90     GBlurContext *s = ctx->priv;
  91     ThreadData *td = arg;
  92     const int height = td->height;
  93     const int width = td->width;
  94     const int slice_start = (height *  jobnr   ) / nb_jobs;
  95     const int slice_end   = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
  96     const float boundaryscale = s->boundaryscale;
  97     const int steps = s->steps;
  98     const float nu = s->nu;
  99     float *buffer = s->buffer;
 100
 101     s->horiz_slice(buffer + width * slice_start, width, slice_end - slice_start,
 102                    steps, nu, boundaryscale);
 103     emms_c();
 104     return 0;
 105 }
 106
 107 static void do_vertical_columns(float *buffer, int width, int height,
 108                                 int column_begin, int column_end, int steps,
 109                                 float nu, float boundaryscale, int column_step)
 110 {
 111     const int numpixels = width * height;
 112     int i, x, k, step;
 113     float *ptr;
 114     for (x = column_begin; x < column_end;) {
 115         for (step = 0; step < steps; step++) {
 116             ptr = buffer + x;
 117             for (k = 0; k < column_step; k++) {
 118                 ptr[k] *= boundaryscale;
 119             }
 120             /* Filter downwards */
 121             for (i = width; i < numpixels; i += width) {
 122                 for (k = 0; k < column_step; k++) {
 123                     ptr[i + k] += nu * ptr[i - width + k];
 124                 }
 125             }
 126             i = numpixels - width;
 127
 128             for (k = 0; k < column_step; k++)
 129                 ptr[i + k] *= boundaryscale;
 130
 131             /* Filter upwards */
 132             for (; i > 0; i -= width) {
 133                 for (k = 0; k < column_step; k++)
 134                     ptr[i - width + k] += nu * ptr[i + k];
 135             }
 136         }
 137         x += column_step;
 138     }
 139 }
 140
 141 static int filter_vertically(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 142 {
 143     GBlurContext *s = ctx->priv;
 144     ThreadData *td = arg;
 145     const int height = td->height;
 146     const int width = td->width;
 147     const int slice_start = (width *  jobnr   ) / nb_jobs;
 148     const int slice_end   = (width * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 149     const float boundaryscale = s->boundaryscaleV;
 150     const int steps = s->steps;
 151     const float nu = s->nuV;
 152     float *buffer = s->buffer;
 153     int aligned_end;
 154
 155     aligned_end = slice_start + (((slice_end - slice_start) >> 3) << 3);
 156     /* Filter vertically along columns (process 8 columns in each step) */
 157     do_vertical_columns(buffer, width, height, slice_start, aligned_end,
 158                         steps, nu, boundaryscale, 8);
 159
 160     /* Filter un-aligned columns one by one */
 161     do_vertical_columns(buffer, width, height, aligned_end, slice_end,
 162                         steps, nu, boundaryscale, 1);
 163     return 0;
 164 }
 165
 166 static int filter_postscale(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 167 {
 168     GBlurContext *s = ctx->priv;
 169     ThreadData *td = arg;
 170     const float max = s->flt ?  FLT_MAX : (1 << s->depth) - 1;
 171     const float min = s->flt ? -FLT_MAX : 0.f;
 172     const int height = td->height;
 173     const int width = td->width;
 174     const int64_t numpixels = width * (int64_t)height;
 175     const int slice_start = (numpixels *  jobnr   ) / nb_jobs;
 176     const int slice_end   = (numpixels * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 177     const float postscale = s->postscale * s->postscaleV;
 178     float *buffer = s->buffer + slice_start;
 179
 180     s->postscale_slice(buffer, slice_end - slice_start, postscale, min, max);
 181
 182     return 0;
 183 }
 184
 185 static void gaussianiir2d(AVFilterContext *ctx, int plane)
 186 {
 187     GBlurContext *s = ctx->priv;
 188     const int width = s->planewidth[plane];
 189     const int height = s->planeheight[plane];
 190     const int nb_threads = ff_filter_get_nb_threads(ctx);
 191     ThreadData td;
 192
 193     if (s->sigma <= 0 || s->steps < 0)
 194         return;
 195
 196     td.width = width;
 197     td.height = height;
 198     ctx->internal->execute(ctx, filter_horizontally, &td, NULL, FFMIN(height, nb_threads));
 199     ctx->internal->execute(ctx, filter_vertically, &td, NULL, FFMIN(width, nb_threads));
 200     ctx->internal->execute(ctx, filter_postscale, &td, NULL, FFMIN(width * height, nb_threads));
 201 }
 202
 203 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 204 {
 205     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 206         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
 207         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 208         AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
 209         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 210         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
 211         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
 212         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
 213         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 214         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
 215         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 216         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
 217         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
 218         AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P12,
 219         AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
 220         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
 221         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
 222         AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
 223         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY14, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 224         AV_PIX_FMT_GBRPF32, AV_PIX_FMT_GBRAPF32,
 225         AV_PIX_FMT_GRAYF32,
 226         AV_PIX_FMT_NONE
 227     };
 228
 229     return ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 230 }
 231
 232 void ff_gblur_init(GBlurContext *s)
 233 {
 234     s->horiz_slice = horiz_slice_c;
 235     s->postscale_slice = postscale_c;
 236     if (ARCH_X86_64)
 237         ff_gblur_init_x86(s);
 238 }
 239
 240 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 241 {
 242     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 243     GBlurContext *s = inlink->dst->priv;
 244
 245     s->depth = desc->comp[0].depth;
 246     s->flt = !!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_FLOAT);
 247     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 248     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
 249     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 250     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 251
 252     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 253
 254     s->buffer = av_malloc_array(FFALIGN(inlink->w, 16), FFALIGN(inlink->h, 16) * sizeof(*s->buffer));
 255     if (!s->buffer)
 256         return AVERROR(ENOMEM);
 257
 258     if (s->sigmaV < 0) {
 259         s->sigmaV = s->sigma;
 260     }
 261     ff_gblur_init(s);
 262
 263     return 0;
 264 }
 265
 266 static void set_params(float sigma, int steps, float *postscale, float *boundaryscale, float *nu)
 267 {
 268     double dnu, lambda;
 269
 270     lambda = (sigma * sigma) / (2.0 * steps);
 271     dnu = (1.0 + 2.0 * lambda - sqrt(1.0 + 4.0 * lambda)) / (2.0 * lambda);
 272     *postscale = pow(dnu / lambda, steps);
 273     *boundaryscale = 1.0 / (1.0 - dnu);
 274     *nu = (float)dnu;
 275 }
 276
 277 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 278 {
 279     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 280     GBlurContext *s = ctx->priv;
 281     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 282     AVFrame *out;
 283     int plane;
 284
 285     set_params(s->sigma,  s->steps, &s->postscale,  &s->boundaryscale,  &s->nu);
 286     set_params(s->sigmaV, s->steps, &s->postscaleV, &s->boundaryscaleV, &s->nuV);
 287
 288     if (av_frame_is_writable(in)) {
 289         out = in;
 290     } else {
 291         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 292         if (!out) {
 293             av_frame_free(&in);
 294             return AVERROR(ENOMEM);
 295         }
 296         av_frame_copy_props(out, in);
 297     }
 298
 299     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 300         const int height = s->planeheight[plane];
 301         const int width = s->planewidth[plane];
 302         float *bptr = s->buffer;
 303         const uint8_t *src = in->data[plane];
 304         const uint16_t *src16 = (const uint16_t *)in->data[plane];
 305         uint8_t *dst = out->data[plane];
 306         uint16_t *dst16 = (uint16_t *)out->data[plane];
 307         int y, x;
 308
 309         if (!s->sigma || !(s->planes & (1 << plane))) {
 310             if (out != in)
 311                 av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 312                                     in->data[plane], in->linesize[plane],
 313                                     width * ((s->depth + 7) / 8), height);
 314             continue;
 315         }
 316
 317         if (s->flt) {
 318             av_image_copy_plane((uint8_t *)bptr, width * sizeof(float),
 319                                 in->data[plane], in->linesize[plane],
 320                                 width * sizeof(float), height);
 321         } else if (s->depth == 8) {
 322             for (y = 0; y < height; y++) {
 323                 for (x = 0; x < width; x++) {
 324                     bptr[x] = src[x];
 325                 }
 326                 bptr += width;
 327                 src += in->linesize[plane];
 328             }
 329         } else {
 330             for (y = 0; y < height; y++) {
 331                 for (x = 0; x < width; x++) {
 332                     bptr[x] = src16[x];
 333                 }
 334                 bptr += width;
 335                 src16 += in->linesize[plane] / 2;
 336             }
 337         }
 338
 339         gaussianiir2d(ctx, plane);
 340
 341         bptr = s->buffer;
 342         if (s->flt) {
 343             av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 344                                 (uint8_t *)bptr, width * sizeof(float),
 345                                 width * sizeof(float), height);
 346         } else if (s->depth == 8) {
 347             for (y = 0; y < height; y++) {
 348                 for (x = 0; x < width; x++) {
 349                     dst[x] = bptr[x];
 350                 }
 351                 bptr += width;
 352                 dst += out->linesize[plane];
 353             }
 354         } else {
 355             for (y = 0; y < height; y++) {
 356                 for (x = 0; x < width; x++) {
 357                     dst16[x] = bptr[x];
 358                 }
 359                 bptr += width;
 360                 dst16 += out->linesize[plane] / 2;
 361             }
 362         }
 363     }
 364
 365     if (out != in)
 366         av_frame_free(&in);
 367     return ff_filter_frame(outlink, out);
 368 }
 369
 370 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 371 {
 372     GBlurContext *s = ctx->priv;
 373
 374     av_freep(&s->buffer);
 375 }
 376
 377 static const AVFilterPad gblur_inputs[] = {
 378     {
 379         .name         = "default",
 380         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 381         .config_props = config_input,
 382         .filter_frame = filter_frame,
 383     },
 384     { NULL }
 385 };
 386
 387 static const AVFilterPad gblur_outputs[] = {
 388     {
 389         .name = "default",
 390         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 391     },
 392     { NULL }
 393 };
 394
 395 AVFilter ff_vf_gblur = {
 396     .name          = "gblur",
 397     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Gaussian Blur filter."),
 398     .priv_size     = sizeof(GBlurContext),
 399     .priv_class    = &gblur_class,
 400     .uninit        = uninit,
 401     .query_formats = query_formats,
 402     .inputs        = gblur_inputs,
 403     .outputs       = gblur_outputs,
 404     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 405     .process_command = ff_filter_process_command,
 406 };