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 "libavutil/imgutils.h"
  29 #include "libavutil/opt.h"
  30 #include "libavutil/pixdesc.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "formats.h"
  33 #include "gblur.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "video.h"
  36
  37 #define OFFSET(x) offsetof(GBlurContext, x)
  38 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  39
  40 static const AVOption gblur_options[] = {
  41     { "sigma",  "set sigma",            OFFSET(sigma),  AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0.0, 1024, FLAGS },
  42     { "steps",  "set number of steps",  OFFSET(steps),  AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=1},     1,    6, FLAGS },
  43     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=0xF},   0,  0xF, FLAGS },
  44     { "sigmaV", "set vertical sigma",   OFFSET(sigmaV), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=-1},   -1, 1024, FLAGS },
  45     { NULL }
  46 };
  47
  48 AVFILTER_DEFINE_CLASS(gblur);
  49
  50 typedef struct ThreadData {
  51     int height;
  52     int width;
  53 } ThreadData;
  54
  55 static void horiz_slice_c(float *buffer, int width, int height, int steps,
  56                           float nu, float bscale)
  57 {
  58     int step, x, y;
  59     float *ptr;
  60     for (y = 0; y < height; y++) {
  61         for (step = 0; step < steps; step++) {
  62             ptr = buffer + width * y;
  63             ptr[0] *= bscale;
  64
  65             /* Filter rightwards */
  66             for (x = 1; x < width; x++)
  67                 ptr[x] += nu * ptr[x - 1];
  68             ptr[x = width - 1] *= bscale;
  69
  70             /* Filter leftwards */
  71             for (; x > 0; x--)
  72                 ptr[x - 1] += nu * ptr[x];
  73         }
  74     }
  75 }
  76
  77 static int filter_horizontally(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
  78 {
  79     GBlurContext *s = ctx->priv;
  80     ThreadData *td = arg;
  81     const int height = td->height;
  82     const int width = td->width;
  83     const int slice_start = (height *  jobnr   ) / nb_jobs;
  84     const int slice_end   = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
  85     const float boundaryscale = s->boundaryscale;
  86     const int steps = s->steps;
  87     const float nu = s->nu;
  88     float *buffer = s->buffer;
  89
  90     s->horiz_slice(buffer + width * slice_start, width, slice_end - slice_start,
  91                    steps, nu, boundaryscale);
  92     emms_c();
  93     return 0;
  94 }
  95
  96 static void do_vertical_columns(float *buffer, int width, int height,
  97                                 int column_begin, int column_end, int steps,
  98                                 float nu, float boundaryscale, int column_step)
  99 {
 100     const int numpixels = width * height;
 101     int i, x, k, step;
 102     float *ptr;
 103     for (x = column_begin; x < column_end;) {
 104         for (step = 0; step < steps; step++) {
 105             ptr = buffer + x;
 106             for (k = 0; k < column_step; k++) {
 107                 ptr[k] *= boundaryscale;
 108             }
 109             /* Filter downwards */
 110             for (i = width; i < numpixels; i += width) {
 111                 for (k = 0; k < column_step; k++) {
 112                     ptr[i + k] += nu * ptr[i - width + k];
 113                 }
 114             }
 115             i = numpixels - width;
 116
 117             for (k = 0; k < column_step; k++)
 118                 ptr[i + k] *= boundaryscale;
 119
 120             /* Filter upwards */
 121             for (; i > 0; i -= width) {
 122                 for (k = 0; k < column_step; k++)
 123                     ptr[i - width + k] += nu * ptr[i + k];
 124             }
 125         }
 126         x += column_step;
 127     }
 128 }
 129
 130 static int filter_vertically(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 131 {
 132     GBlurContext *s = ctx->priv;
 133     ThreadData *td = arg;
 134     const int height = td->height;
 135     const int width = td->width;
 136     const int slice_start = (width *  jobnr   ) / nb_jobs;
 137     const int slice_end   = (width * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 138     const float boundaryscale = s->boundaryscaleV;
 139     const int steps = s->steps;
 140     const float nu = s->nuV;
 141     float *buffer = s->buffer;
 142     int aligned_end;
 143
 144     aligned_end = slice_start + (((slice_end - slice_start) >> 3) << 3);
 145     /* Filter vertically along columns (process 8 columns in each step) */
 146     do_vertical_columns(buffer, width, height, slice_start, aligned_end,
 147                         steps, nu, boundaryscale, 8);
 148
 149     /* Filter un-aligned columns one by one */
 150     do_vertical_columns(buffer, width, height, aligned_end, slice_end,
 151                         steps, nu, boundaryscale, 1);
 152     return 0;
 153 }
 154
 155
 156 static int filter_postscale(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 157 {
 158     GBlurContext *s = ctx->priv;
 159     ThreadData *td = arg;
 160     const float max = (1 << s->depth) - 1;
 161     const int height = td->height;
 162     const int width = td->width;
 163     const int64_t numpixels = width * (int64_t)height;
 164     const unsigned slice_start = (numpixels *  jobnr   ) / nb_jobs;
 165     const unsigned slice_end   = (numpixels * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 166     const float postscale = s->postscale * s->postscaleV;
 167     float *buffer = s->buffer;
 168     unsigned i;
 169
 170     for (i = slice_start; i < slice_end; i++) {
 171         buffer[i] *= postscale;
 172         buffer[i] = av_clipf(buffer[i], 0.f, max);
 173     }
 174
 175     return 0;
 176 }
 177
 178 static void gaussianiir2d(AVFilterContext *ctx, int plane)
 179 {
 180     GBlurContext *s = ctx->priv;
 181     const int width = s->planewidth[plane];
 182     const int height = s->planeheight[plane];
 183     const int nb_threads = ff_filter_get_nb_threads(ctx);
 184     ThreadData td;
 185
 186     if (s->sigma <= 0 || s->steps < 0)
 187         return;
 188
 189     td.width = width;
 190     td.height = height;
 191     ctx->internal->execute(ctx, filter_horizontally, &td, NULL, FFMIN(height, nb_threads));
 192     ctx->internal->execute(ctx, filter_vertically, &td, NULL, FFMIN(width, nb_threads));
 193     ctx->internal->execute(ctx, filter_postscale, &td, NULL, FFMIN(width * height, nb_threads));
 194 }
 195
 196 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 197 {
 198     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 199         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
 200         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 201         AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
 202         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 203         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
 204         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
 205         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
 206         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 207         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
 208         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 209         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
 210         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
 211         AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P12,
 212         AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
 213         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
 214         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
 215         AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
 216         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY14, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 217         AV_PIX_FMT_NONE
 218     };
 219
 220     return ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 221 }
 222
 223 void ff_gblur_init(GBlurContext *s)
 224 {
 225     s->horiz_slice = horiz_slice_c;
 226     if (ARCH_X86_64)
 227         ff_gblur_init_x86(s);
 228 }
 229
 230 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 231 {
 232     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 233     GBlurContext *s = inlink->dst->priv;
 234
 235     s->depth = desc->comp[0].depth;
 236     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 237     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
 238     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 239     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 240
 241     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 242
 243     s->buffer = av_malloc_array(FFALIGN(inlink->w, 16), FFALIGN(inlink->h, 16) * sizeof(*s->buffer));
 244     if (!s->buffer)
 245         return AVERROR(ENOMEM);
 246
 247     if (s->sigmaV < 0) {
 248         s->sigmaV = s->sigma;
 249     }
 250     ff_gblur_init(s);
 251
 252     return 0;
 253 }
 254
 255 static void set_params(float sigma, int steps, float *postscale, float *boundaryscale, float *nu)
 256 {
 257     double dnu, lambda;
 258
 259     lambda = (sigma * sigma) / (2.0 * steps);
 260     dnu = (1.0 + 2.0 * lambda - sqrt(1.0 + 4.0 * lambda)) / (2.0 * lambda);
 261     *postscale = pow(dnu / lambda, steps);
 262     *boundaryscale = 1.0 / (1.0 - dnu);
 263     *nu = (float)dnu;
 264 }
 265
 266 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 267 {
 268     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 269     GBlurContext *s = ctx->priv;
 270     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 271     AVFrame *out;
 272     int plane;
 273
 274     set_params(s->sigma,  s->steps, &s->postscale,  &s->boundaryscale,  &s->nu);
 275     set_params(s->sigmaV, s->steps, &s->postscaleV, &s->boundaryscaleV, &s->nuV);
 276
 277     if (av_frame_is_writable(in)) {
 278         out = in;
 279     } else {
 280         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 281         if (!out) {
 282             av_frame_free(&in);
 283             return AVERROR(ENOMEM);
 284         }
 285         av_frame_copy_props(out, in);
 286     }
 287
 288     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 289         const int height = s->planeheight[plane];
 290         const int width = s->planewidth[plane];
 291         float *bptr = s->buffer;
 292         const uint8_t *src = in->data[plane];
 293         const uint16_t *src16 = (const uint16_t *)in->data[plane];
 294         uint8_t *dst = out->data[plane];
 295         uint16_t *dst16 = (uint16_t *)out->data[plane];
 296         int y, x;
 297
 298         if (!s->sigma || !(s->planes & (1 << plane))) {
 299             if (out != in)
 300                 av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 301                                     in->data[plane], in->linesize[plane],
 302                                     width * ((s->depth + 7) / 8), height);
 303             continue;
 304         }
 305
 306         if (s->depth == 8) {
 307             for (y = 0; y < height; y++) {
 308                 for (x = 0; x < width; x++) {
 309                     bptr[x] = src[x];
 310                 }
 311                 bptr += width;
 312                 src += in->linesize[plane];
 313             }
 314         } else {
 315             for (y = 0; y < height; y++) {
 316                 for (x = 0; x < width; x++) {
 317                     bptr[x] = src16[x];
 318                 }
 319                 bptr += width;
 320                 src16 += in->linesize[plane] / 2;
 321             }
 322         }
 323
 324         gaussianiir2d(ctx, plane);
 325
 326         bptr = s->buffer;
 327         if (s->depth == 8) {
 328             for (y = 0; y < height; y++) {
 329                 for (x = 0; x < width; x++) {
 330                     dst[x] = bptr[x];
 331                 }
 332                 bptr += width;
 333                 dst += out->linesize[plane];
 334             }
 335         } else {
 336             for (y = 0; y < height; y++) {
 337                 for (x = 0; x < width; x++) {
 338                     dst16[x] = bptr[x];
 339                 }
 340                 bptr += width;
 341                 dst16 += out->linesize[plane] / 2;
 342             }
 343         }
 344     }
 345
 346     if (out != in)
 347         av_frame_free(&in);
 348     return ff_filter_frame(outlink, out);
 349 }
 350
 351 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 352 {
 353     GBlurContext *s = ctx->priv;
 354
 355     av_freep(&s->buffer);
 356 }
 357
 358 static const AVFilterPad gblur_inputs[] = {
 359     {
 360         .name         = "default",
 361         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 362         .config_props = config_input,
 363         .filter_frame = filter_frame,
 364     },
 365     { NULL }
 366 };
 367
 368 static const AVFilterPad gblur_outputs[] = {
 369     {
 370         .name = "default",
 371         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 372     },
 373     { NULL }
 374 };
 375
 376 AVFilter ff_vf_gblur = {
 377     .name          = "gblur",
 378     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Gaussian Blur filter."),
 379     .priv_size     = sizeof(GBlurContext),
 380     .priv_class    = &gblur_class,
 381     .uninit        = uninit,
 382     .query_formats = query_formats,
 383     .inputs        = gblur_inputs,
 384     .outputs       = gblur_outputs,
 385     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 386     .process_command = ff_filter_process_command,
 387 };