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 horiz_slice_c(float *buffer, int width, int height, int steps,
  58                           float nu, float bscale)
  59 {
  60     int step, x, y;
  61     float *ptr;
  62     for (y = 0; y < height; y++) {
  63         for (step = 0; step < steps; step++) {
  64             ptr = buffer + width * y;
  65             ptr[0] *= bscale;
  66
  67             /* Filter rightwards */
  68             for (x = 1; x < width; x++)
  69                 ptr[x] += nu * ptr[x - 1];
  70             ptr[x = width - 1] *= bscale;
  71
  72             /* Filter leftwards */
  73             for (; x > 0; x--)
  74                 ptr[x - 1] += nu * ptr[x];
  75         }
  76     }
  77 }
  78
  79 static int filter_horizontally(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
  80 {
  81     GBlurContext *s = ctx->priv;
  82     ThreadData *td = arg;
  83     const int height = td->height;
  84     const int width = td->width;
  85     const int slice_start = (height *  jobnr   ) / nb_jobs;
  86     const int slice_end   = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
  87     const float boundaryscale = s->boundaryscale;
  88     const int steps = s->steps;
  89     const float nu = s->nu;
  90     float *buffer = s->buffer;
  91
  92     s->horiz_slice(buffer + width * slice_start, width, slice_end - slice_start,
  93                    steps, nu, boundaryscale);
  94     emms_c();
  95     return 0;
  96 }
  97
  98 static void do_vertical_columns(float *buffer, int width, int height,
  99                                 int column_begin, int column_end, int steps,
 100                                 float nu, float boundaryscale, int column_step)
 101 {
 102     const int numpixels = width * height;
 103     int i, x, k, step;
 104     float *ptr;
 105     for (x = column_begin; x < column_end;) {
 106         for (step = 0; step < steps; step++) {
 107             ptr = buffer + x;
 108             for (k = 0; k < column_step; k++) {
 109                 ptr[k] *= boundaryscale;
 110             }
 111             /* Filter downwards */
 112             for (i = width; i < numpixels; i += width) {
 113                 for (k = 0; k < column_step; k++) {
 114                     ptr[i + k] += nu * ptr[i - width + k];
 115                 }
 116             }
 117             i = numpixels - width;
 118
 119             for (k = 0; k < column_step; k++)
 120                 ptr[i + k] *= boundaryscale;
 121
 122             /* Filter upwards */
 123             for (; i > 0; i -= width) {
 124                 for (k = 0; k < column_step; k++)
 125                     ptr[i - width + k] += nu * ptr[i + k];
 126             }
 127         }
 128         x += column_step;
 129     }
 130 }
 131
 132 static int filter_vertically(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 133 {
 134     GBlurContext *s = ctx->priv;
 135     ThreadData *td = arg;
 136     const int height = td->height;
 137     const int width = td->width;
 138     const int slice_start = (width *  jobnr   ) / nb_jobs;
 139     const int slice_end   = (width * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 140     const float boundaryscale = s->boundaryscaleV;
 141     const int steps = s->steps;
 142     const float nu = s->nuV;
 143     float *buffer = s->buffer;
 144     int aligned_end;
 145
 146     aligned_end = slice_start + (((slice_end - slice_start) >> 3) << 3);
 147     /* Filter vertically along columns (process 8 columns in each step) */
 148     do_vertical_columns(buffer, width, height, slice_start, aligned_end,
 149                         steps, nu, boundaryscale, 8);
 150
 151     /* Filter un-aligned columns one by one */
 152     do_vertical_columns(buffer, width, height, aligned_end, slice_end,
 153                         steps, nu, boundaryscale, 1);
 154     return 0;
 155 }
 156
 157
 158 static int filter_postscale(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 159 {
 160     GBlurContext *s = ctx->priv;
 161     ThreadData *td = arg;
 162     const float max = s->flt ?  FLT_MAX : (1 << s->depth) - 1;
 163     const float min = s->flt ? -FLT_MAX : 0.f;
 164     const int height = td->height;
 165     const int width = td->width;
 166     const int64_t numpixels = width * (int64_t)height;
 167     const unsigned slice_start = (numpixels *  jobnr   ) / nb_jobs;
 168     const unsigned slice_end   = (numpixels * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 169     const float postscale = s->postscale * s->postscaleV;
 170     float *buffer = s->buffer;
 171     unsigned i;
 172
 173     for (i = slice_start; i < slice_end; i++) {
 174         buffer[i] *= postscale;
 175         buffer[i] = av_clipf(buffer[i], min, max);
 176     }
 177
 178     return 0;
 179 }
 180
 181 static void gaussianiir2d(AVFilterContext *ctx, int plane)
 182 {
 183     GBlurContext *s = ctx->priv;
 184     const int width = s->planewidth[plane];
 185     const int height = s->planeheight[plane];
 186     const int nb_threads = ff_filter_get_nb_threads(ctx);
 187     ThreadData td;
 188
 189     if (s->sigma <= 0 || s->steps < 0)
 190         return;
 191
 192     td.width = width;
 193     td.height = height;
 194     ctx->internal->execute(ctx, filter_horizontally, &td, NULL, FFMIN(height, nb_threads));
 195     ctx->internal->execute(ctx, filter_vertically, &td, NULL, FFMIN(width, nb_threads));
 196     ctx->internal->execute(ctx, filter_postscale, &td, NULL, FFMIN(width * height, nb_threads));
 197 }
 198
 199 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 200 {
 201     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 202         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
 203         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 204         AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
 205         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 206         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
 207         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
 208         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
 209         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 210         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
 211         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 212         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
 213         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
 214         AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P12,
 215         AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
 216         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
 217         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
 218         AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
 219         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY14, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 220         AV_PIX_FMT_GBRPF32, AV_PIX_FMT_GBRAPF32,
 221         AV_PIX_FMT_GRAYF32,
 222         AV_PIX_FMT_NONE
 223     };
 224
 225     return ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 226 }
 227
 228 void ff_gblur_init(GBlurContext *s)
 229 {
 230     s->horiz_slice = horiz_slice_c;
 231     if (ARCH_X86_64)
 232         ff_gblur_init_x86(s);
 233 }
 234
 235 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 236 {
 237     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 238     GBlurContext *s = inlink->dst->priv;
 239
 240     s->depth = desc->comp[0].depth;
 241     s->flt = !!(desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_FLOAT);
 242     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 243     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
 244     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 245     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 246
 247     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 248
 249     s->buffer = av_malloc_array(FFALIGN(inlink->w, 16), FFALIGN(inlink->h, 16) * sizeof(*s->buffer));
 250     if (!s->buffer)
 251         return AVERROR(ENOMEM);
 252
 253     if (s->sigmaV < 0) {
 254         s->sigmaV = s->sigma;
 255     }
 256     ff_gblur_init(s);
 257
 258     return 0;
 259 }
 260
 261 static void set_params(float sigma, int steps, float *postscale, float *boundaryscale, float *nu)
 262 {
 263     double dnu, lambda;
 264
 265     lambda = (sigma * sigma) / (2.0 * steps);
 266     dnu = (1.0 + 2.0 * lambda - sqrt(1.0 + 4.0 * lambda)) / (2.0 * lambda);
 267     *postscale = pow(dnu / lambda, steps);
 268     *boundaryscale = 1.0 / (1.0 - dnu);
 269     *nu = (float)dnu;
 270 }
 271
 272 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 273 {
 274     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 275     GBlurContext *s = ctx->priv;
 276     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 277     AVFrame *out;
 278     int plane;
 279
 280     set_params(s->sigma,  s->steps, &s->postscale,  &s->boundaryscale,  &s->nu);
 281     set_params(s->sigmaV, s->steps, &s->postscaleV, &s->boundaryscaleV, &s->nuV);
 282
 283     if (av_frame_is_writable(in)) {
 284         out = in;
 285     } else {
 286         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 287         if (!out) {
 288             av_frame_free(&in);
 289             return AVERROR(ENOMEM);
 290         }
 291         av_frame_copy_props(out, in);
 292     }
 293
 294     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 295         const int height = s->planeheight[plane];
 296         const int width = s->planewidth[plane];
 297         float *bptr = s->buffer;
 298         const uint8_t *src = in->data[plane];
 299         const uint16_t *src16 = (const uint16_t *)in->data[plane];
 300         uint8_t *dst = out->data[plane];
 301         uint16_t *dst16 = (uint16_t *)out->data[plane];
 302         int y, x;
 303
 304         if (!s->sigma || !(s->planes & (1 << plane))) {
 305             if (out != in)
 306                 av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 307                                     in->data[plane], in->linesize[plane],
 308                                     width * ((s->depth + 7) / 8), height);
 309             continue;
 310         }
 311
 312         if (s->flt) {
 313             av_image_copy_plane((uint8_t *)bptr, width * sizeof(float),
 314                                 in->data[plane], in->linesize[plane],
 315                                 width * sizeof(float), height);
 316         } else if (s->depth == 8) {
 317             for (y = 0; y < height; y++) {
 318                 for (x = 0; x < width; x++) {
 319                     bptr[x] = src[x];
 320                 }
 321                 bptr += width;
 322                 src += in->linesize[plane];
 323             }
 324         } else {
 325             for (y = 0; y < height; y++) {
 326                 for (x = 0; x < width; x++) {
 327                     bptr[x] = src16[x];
 328                 }
 329                 bptr += width;
 330                 src16 += in->linesize[plane] / 2;
 331             }
 332         }
 333
 334         gaussianiir2d(ctx, plane);
 335
 336         bptr = s->buffer;
 337         if (s->flt) {
 338             av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 339                                 (uint8_t *)bptr, width * sizeof(float),
 340                                 width * sizeof(float), height);
 341         } else if (s->depth == 8) {
 342             for (y = 0; y < height; y++) {
 343                 for (x = 0; x < width; x++) {
 344                     dst[x] = bptr[x];
 345                 }
 346                 bptr += width;
 347                 dst += out->linesize[plane];
 348             }
 349         } else {
 350             for (y = 0; y < height; y++) {
 351                 for (x = 0; x < width; x++) {
 352                     dst16[x] = bptr[x];
 353                 }
 354                 bptr += width;
 355                 dst16 += out->linesize[plane] / 2;
 356             }
 357         }
 358     }
 359
 360     if (out != in)
 361         av_frame_free(&in);
 362     return ff_filter_frame(outlink, out);
 363 }
 364
 365 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 366 {
 367     GBlurContext *s = ctx->priv;
 368
 369     av_freep(&s->buffer);
 370 }
 371
 372 static const AVFilterPad gblur_inputs[] = {
 373     {
 374         .name         = "default",
 375         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 376         .config_props = config_input,
 377         .filter_frame = filter_frame,
 378     },
 379     { NULL }
 380 };
 381
 382 static const AVFilterPad gblur_outputs[] = {
 383     {
 384         .name = "default",
 385         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 386     },
 387     { NULL }
 388 };
 389
 390 AVFilter ff_vf_gblur = {
 391     .name          = "gblur",
 392     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Gaussian Blur filter."),
 393     .priv_size     = sizeof(GBlurContext),
 394     .priv_class    = &gblur_class,
 395     .uninit        = uninit,
 396     .query_formats = query_formats,
 397     .inputs        = gblur_inputs,
 398     .outputs       = gblur_outputs,
 399     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 400     .process_command = ff_filter_process_command,
 401 };