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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2010 Mark Heath mjpeg0 @ silicontrip dot org
   3  * Copyright (c) 2014 Clément Bœsch
   4  * Copyright (c) 2014 Dave Rice @dericed
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  24 #include "libavutil/opt.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26 #include "internal.h"
  27
  28 enum FilterMode {
  29     FILTER_NONE = -1,
  30     FILTER_TOUT,
  31     FILTER_VREP,
  32     FILTER_BRNG,
  33     FILT_NUMB
  34 };
  35
  36 typedef struct SignalstatsContext {
  37     const AVClass *class;
  38     int chromah;    // height of chroma plane
  39     int chromaw;    // width of chroma plane
  40     int hsub;       // horizontal subsampling
  41     int vsub;       // vertical subsampling
  42     int depth;      // pixel depth
  43     int fs;         // pixel count per frame
  44     int cfs;        // pixel count per frame of chroma planes
  45     int outfilter;  // FilterMode
  46     int filters;
  47     AVFrame *frame_prev;
  48     uint8_t rgba_color[4];
  49     int yuv_color[3];
  50     int nb_jobs;
  51     int *jobs_rets;
  52
  53     int *histy, *histu, *histv, *histsat;
  54
  55     AVFrame *frame_sat;
  56     AVFrame *frame_hue;
  57 } SignalstatsContext;
  58
  59 typedef struct ThreadData {
  60     const AVFrame *in;
  61     AVFrame *out;
  62 } ThreadData;
  63
  64 typedef struct ThreadDataHueSatMetrics {
  65     const AVFrame *src;
  66     AVFrame *dst_sat, *dst_hue;
  67 } ThreadDataHueSatMetrics;
  68
  69 #define OFFSET(x) offsetof(SignalstatsContext, x)
  70 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  71
  72 static const AVOption signalstats_options[] = {
  73     {"stat", "set statistics filters", OFFSET(filters), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, INT_MAX, FLAGS, "filters"},
  74         {"tout", "analyze pixels for temporal outliers",                0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1<<FILTER_TOUT}, 0, 0, FLAGS, "filters"},
  75         {"vrep", "analyze video lines for vertical line repetition",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1<<FILTER_VREP}, 0, 0, FLAGS, "filters"},
  76         {"brng", "analyze for pixels outside of broadcast range",       0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1<<FILTER_BRNG}, 0, 0, FLAGS, "filters"},
  77     {"out", "set video filter", OFFSET(outfilter), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=FILTER_NONE}, -1, FILT_NUMB-1, FLAGS, "out"},
  78         {"tout", "highlight pixels that depict temporal outliers",              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FILTER_TOUT}, 0, 0, FLAGS, "out"},
  79         {"vrep", "highlight video lines that depict vertical line repetition",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FILTER_VREP}, 0, 0, FLAGS, "out"},
  80         {"brng", "highlight pixels that are outside of broadcast range",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FILTER_BRNG}, 0, 0, FLAGS, "out"},
  81     {"c",     "set highlight color", OFFSET(rgba_color), AV_OPT_TYPE_COLOR, {.str="yellow"}, .flags=FLAGS},
  82     {"color", "set highlight color", OFFSET(rgba_color), AV_OPT_TYPE_COLOR, {.str="yellow"}, .flags=FLAGS},
  83     {NULL}
  84 };
  85
  86 AVFILTER_DEFINE_CLASS(signalstats);
  87
  88 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  89 {
  90     uint8_t r, g, b;
  91     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
  92
  93     if (s->outfilter != FILTER_NONE)
  94         s->filters |= 1 << s->outfilter;
  95
  96     r = s->rgba_color[0];
  97     g = s->rgba_color[1];
  98     b = s->rgba_color[2];
  99     s->yuv_color[0] = (( 66*r + 129*g +  25*b + (1<<7)) >> 8) +  16;
 100     s->yuv_color[1] = ((-38*r + -74*g + 112*b + (1<<7)) >> 8) + 128;
 101     s->yuv_color[2] = ((112*r + -94*g + -18*b + (1<<7)) >> 8) + 128;
 102     return 0;
 103 }
 104
 105 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 106 {
 107     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 108     av_frame_free(&s->frame_prev);
 109     av_frame_free(&s->frame_sat);
 110     av_frame_free(&s->frame_hue);
 111     av_freep(&s->jobs_rets);
 112     av_freep(&s->histy);
 113     av_freep(&s->histu);
 114     av_freep(&s->histv);
 115     av_freep(&s->histsat);
 116 }
 117
 118 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 119 {
 120     // TODO: add more
 121     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 122         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
 123         AV_PIX_FMT_YUV440P,
 124         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
 125         AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 126         AV_PIX_FMT_YUV444P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV420P9,
 127         AV_PIX_FMT_YUV444P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV420P10,
 128         AV_PIX_FMT_YUV440P10,
 129         AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
 130         AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 131         AV_PIX_FMT_YUV444P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV420P14,
 132         AV_PIX_FMT_YUV444P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV420P16,
 133         AV_PIX_FMT_NONE
 134     };
 135
 136     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 137     if (!fmts_list)
 138         return AVERROR(ENOMEM);
 139     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 140 }
 141
 142 static AVFrame *alloc_frame(enum AVPixelFormat pixfmt, int w, int h)
 143 {
 144     AVFrame *frame = av_frame_alloc();
 145     if (!frame)
 146         return NULL;
 147
 148     frame->format = pixfmt;
 149     frame->width  = w;
 150     frame->height = h;
 151
 152     if (av_frame_get_buffer(frame, 32) < 0) {
 153         av_frame_free(&frame);
 154         return NULL;
 155     }
 156
 157     return frame;
 158 }
 159
 160 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
 161 {
 162     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 163     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 164     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 165     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 166     s->hsub = desc->log2_chroma_w;
 167     s->vsub = desc->log2_chroma_h;
 168     s->depth = desc->comp[0].depth;
 169     if (s->depth > 8) {
 170         s->histy = av_malloc_array(1 << s->depth, sizeof(*s->histy));
 171         s->histu = av_malloc_array(1 << s->depth, sizeof(*s->histu));
 172         s->histv = av_malloc_array(1 << s->depth, sizeof(*s->histv));
 173         s->histsat = av_malloc_array(1 << s->depth, sizeof(*s->histsat));
 174
 175         if (!s->histy || !s->histu || !s->histv || !s->histsat)
 176             return AVERROR(ENOMEM);
 177     }
 178
 179     outlink->w = inlink->w;
 180     outlink->h = inlink->h;
 181
 182     s->chromaw = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, s->hsub);
 183     s->chromah = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, s->vsub);
 184
 185     s->fs = inlink->w * inlink->h;
 186     s->cfs = s->chromaw * s->chromah;
 187
 188     s->nb_jobs   = FFMAX(1, FFMIN(inlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 189     s->jobs_rets = av_malloc_array(s->nb_jobs, sizeof(*s->jobs_rets));
 190     if (!s->jobs_rets)
 191         return AVERROR(ENOMEM);
 192
 193     s->frame_sat = alloc_frame(s->depth > 8 ? AV_PIX_FMT_GRAY16 : AV_PIX_FMT_GRAY8,  inlink->w, inlink->h);
 194     s->frame_hue = alloc_frame(AV_PIX_FMT_GRAY16, inlink->w, inlink->h);
 195     if (!s->frame_sat || !s->frame_hue)
 196         return AVERROR(ENOMEM);
 197
 198     return 0;
 199 }
 200
 201 static void burn_frame8(const SignalstatsContext *s, AVFrame *f, int x, int y)
 202 {
 203     const int chromax = x >> s->hsub;
 204     const int chromay = y >> s->vsub;
 205     f->data[0][y       * f->linesize[0] +       x] = s->yuv_color[0];
 206     f->data[1][chromay * f->linesize[1] + chromax] = s->yuv_color[1];
 207     f->data[2][chromay * f->linesize[2] + chromax] = s->yuv_color[2];
 208 }
 209
 210 static void burn_frame16(const SignalstatsContext *s, AVFrame *f, int x, int y)
 211 {
 212     const int chromax = x >> s->hsub;
 213     const int chromay = y >> s->vsub;
 214     const int mult = 1 << (s->depth - 8);
 215     AV_WN16(f->data[0] + y       * f->linesize[0] +       x * 2, s->yuv_color[0] * mult);
 216     AV_WN16(f->data[1] + chromay * f->linesize[1] + chromax * 2, s->yuv_color[1] * mult);
 217     AV_WN16(f->data[2] + chromay * f->linesize[2] + chromax * 2, s->yuv_color[2] * mult);
 218 }
 219
 220 static int filter8_brng(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 221 {
 222     ThreadData *td = arg;
 223     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 224     const AVFrame *in = td->in;
 225     AVFrame *out = td->out;
 226     const int w = in->width;
 227     const int h = in->height;
 228     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 229     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 230     int x, y, score = 0;
 231
 232     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 233         const int yc = y >> s->vsub;
 234         const uint8_t *pluma    = &in->data[0][y  * in->linesize[0]];
 235         const uint8_t *pchromau = &in->data[1][yc * in->linesize[1]];
 236         const uint8_t *pchromav = &in->data[2][yc * in->linesize[2]];
 237
 238         for (x = 0; x < w; x++) {
 239             const int xc = x >> s->hsub;
 240             const int luma    = pluma[x];
 241             const int chromau = pchromau[xc];
 242             const int chromav = pchromav[xc];
 243             const int filt = luma    < 16 || luma    > 235 ||
 244                 chromau < 16 || chromau > 240 ||
 245                 chromav < 16 || chromav > 240;
 246             score += filt;
 247             if (out && filt)
 248                 burn_frame8(s, out, x, y);
 249         }
 250     }
 251     return score;
 252 }
 253
 254 static int filter16_brng(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 255 {
 256     ThreadData *td = arg;
 257     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 258     const AVFrame *in = td->in;
 259     AVFrame *out = td->out;
 260     const int mult = 1 << (s->depth - 8);
 261     const int w = in->width;
 262     const int h = in->height;
 263     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 264     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 265     int x, y, score = 0;
 266
 267     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 268         const int yc = y >> s->vsub;
 269         const uint16_t *pluma    = (uint16_t *)&in->data[0][y  * in->linesize[0]];
 270         const uint16_t *pchromau = (uint16_t *)&in->data[1][yc * in->linesize[1]];
 271         const uint16_t *pchromav = (uint16_t *)&in->data[2][yc * in->linesize[2]];
 272
 273         for (x = 0; x < w; x++) {
 274             const int xc = x >> s->hsub;
 275             const int luma    = pluma[x];
 276             const int chromau = pchromau[xc];
 277             const int chromav = pchromav[xc];
 278             const int filt = luma    < 16 * mult || luma    > 235 * mult ||
 279                 chromau < 16 * mult || chromau > 240 * mult ||
 280                 chromav < 16 * mult || chromav > 240 * mult;
 281             score += filt;
 282             if (out && filt)
 283                 burn_frame16(s, out, x, y);
 284         }
 285     }
 286     return score;
 287 }
 288
 289 static int filter_tout_outlier(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t z)
 290 {
 291     return ((abs(x - y) + abs (z - y)) / 2) - abs(z - x) > 4; // make 4 configurable?
 292 }
 293
 294 static int filter8_tout(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 295 {
 296     ThreadData *td = arg;
 297     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 298     const AVFrame *in = td->in;
 299     AVFrame *out = td->out;
 300     const int w = in->width;
 301     const int h = in->height;
 302     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 303     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 304     const uint8_t *p = in->data[0];
 305     int lw = in->linesize[0];
 306     int x, y, score = 0, filt;
 307
 308     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 309
 310         if (y - 1 < 0 || y + 1 >= h)
 311             continue;
 312
 313         // detect two pixels above and below (to eliminate interlace artefacts)
 314         // should check that video format is infact interlaced.
 315
 316 #define FILTER(i, j) \
 317         filter_tout_outlier(p[(y-j) * lw + x + i], \
 318                             p[    y * lw + x + i], \
 319                             p[(y+j) * lw + x + i])
 320
 321 #define FILTER3(j) (FILTER(-1, j) && FILTER(0, j) && FILTER(1, j))
 322
 323         if (y - 2 >= 0 && y + 2 < h) {
 324             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 325                 filt = FILTER3(2) && FILTER3(1);
 326                 score += filt;
 327                 if (filt && out)
 328                     burn_frame8(s, out, x, y);
 329             }
 330         } else {
 331             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 332                 filt = FILTER3(1);
 333                 score += filt;
 334                 if (filt && out)
 335                     burn_frame8(s, out, x, y);
 336             }
 337         }
 338     }
 339     return score;
 340 }
 341
 342 static int filter16_tout(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 343 {
 344     ThreadData *td = arg;
 345     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 346     const AVFrame *in = td->in;
 347     AVFrame *out = td->out;
 348     const int w = in->width;
 349     const int h = in->height;
 350     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 351     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 352     const uint16_t *p = (uint16_t *)in->data[0];
 353     int lw = in->linesize[0] / 2;
 354     int x, y, score = 0, filt;
 355
 356     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 357
 358         if (y - 1 < 0 || y + 1 >= h)
 359             continue;
 360
 361         // detect two pixels above and below (to eliminate interlace artefacts)
 362         // should check that video format is infact interlaced.
 363
 364         if (y - 2 >= 0 && y + 2 < h) {
 365             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 366                 filt = FILTER3(2) && FILTER3(1);
 367                 score += filt;
 368                 if (filt && out)
 369                     burn_frame16(s, out, x, y);
 370             }
 371         } else {
 372             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 373                 filt = FILTER3(1);
 374                 score += filt;
 375                 if (filt && out)
 376                     burn_frame16(s, out, x, y);
 377             }
 378         }
 379     }
 380     return score;
 381 }
 382
 383 #define VREP_START 4
 384
 385 static int filter8_vrep(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 386 {
 387     ThreadData *td = arg;
 388     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 389     const AVFrame *in = td->in;
 390     AVFrame *out = td->out;
 391     const int w = in->width;
 392     const int h = in->height;
 393     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 394     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 395     const uint8_t *p = in->data[0];
 396     const int lw = in->linesize[0];
 397     int x, y, score = 0;
 398
 399     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 400         const int y2lw = (y - VREP_START) * lw;
 401         const int ylw  =  y               * lw;
 402         int filt, totdiff = 0;
 403
 404         if (y < VREP_START)
 405             continue;
 406
 407         for (x = 0; x < w; x++)
 408             totdiff += abs(p[y2lw + x] - p[ylw + x]);
 409         filt = totdiff < w;
 410
 411         score += filt;
 412         if (filt && out)
 413             for (x = 0; x < w; x++)
 414                 burn_frame8(s, out, x, y);
 415     }
 416     return score * w;
 417 }
 418
 419 static int filter16_vrep(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 420 {
 421     ThreadData *td = arg;
 422     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 423     const AVFrame *in = td->in;
 424     AVFrame *out = td->out;
 425     const int w = in->width;
 426     const int h = in->height;
 427     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 428     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 429     const uint16_t *p = (uint16_t *)in->data[0];
 430     const int lw = in->linesize[0] / 2;
 431     int x, y, score = 0;
 432
 433     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 434         const int y2lw = (y - VREP_START) * lw;
 435         const int ylw  =  y               * lw;
 436         int64_t totdiff = 0;
 437         int filt;
 438
 439         if (y < VREP_START)
 440             continue;
 441
 442         for (x = 0; x < w; x++)
 443             totdiff += abs(p[y2lw + x] - p[ylw + x]);
 444         filt = totdiff < w;
 445
 446         score += filt;
 447         if (filt && out)
 448             for (x = 0; x < w; x++)
 449                 burn_frame16(s, out, x, y);
 450     }
 451     return score * w;
 452 }
 453
 454 static const struct {
 455     const char *name;
 456     int (*process8)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
 457     int (*process16)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
 458 } filters_def[] = {
 459     {"TOUT", filter8_tout, filter16_tout},
 460     {"VREP", filter8_vrep, filter16_vrep},
 461     {"BRNG", filter8_brng, filter16_brng},
 462     {NULL}
 463 };
 464
 465 #define DEPTH 256
 466
 467 static int compute_sat_hue_metrics8(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 468 {
 469     int i, j;
 470     ThreadDataHueSatMetrics *td = arg;
 471     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 472     const AVFrame *src = td->src;
 473     AVFrame *dst_sat = td->dst_sat;
 474     AVFrame *dst_hue = td->dst_hue;
 475
 476     const int slice_start = (s->chromah *  jobnr   ) / nb_jobs;
 477     const int slice_end   = (s->chromah * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 478
 479     const int lsz_u = src->linesize[1];
 480     const int lsz_v = src->linesize[2];
 481     const uint8_t *p_u = src->data[1] + slice_start * lsz_u;
 482     const uint8_t *p_v = src->data[2] + slice_start * lsz_v;
 483
 484     const int lsz_sat = dst_sat->linesize[0];
 485     const int lsz_hue = dst_hue->linesize[0];
 486     uint8_t *p_sat = dst_sat->data[0] + slice_start * lsz_sat;
 487     uint8_t *p_hue = dst_hue->data[0] + slice_start * lsz_hue;
 488
 489     for (j = slice_start; j < slice_end; j++) {
 490         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 491             const int yuvu = p_u[i];
 492             const int yuvv = p_v[i];
 493             p_sat[i] = hypot(yuvu - 128, yuvv - 128); // int or round?
 494             ((int16_t*)p_hue)[i] = floor((180 / M_PI) * atan2f(yuvu-128, yuvv-128) + 180);
 495         }
 496         p_u   += lsz_u;
 497         p_v   += lsz_v;
 498         p_sat += lsz_sat;
 499         p_hue += lsz_hue;
 500     }
 501
 502     return 0;
 503 }
 504
 505 static int compute_sat_hue_metrics16(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 506 {
 507     int i, j;
 508     ThreadDataHueSatMetrics *td = arg;
 509     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 510     const AVFrame *src = td->src;
 511     AVFrame *dst_sat = td->dst_sat;
 512     AVFrame *dst_hue = td->dst_hue;
 513     const int mid = 1 << (s->depth - 1);
 514
 515     const int slice_start = (s->chromah *  jobnr   ) / nb_jobs;
 516     const int slice_end   = (s->chromah * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 517
 518     const int lsz_u = src->linesize[1] / 2;
 519     const int lsz_v = src->linesize[2] / 2;
 520     const uint16_t *p_u = (uint16_t*)src->data[1] + slice_start * lsz_u;
 521     const uint16_t *p_v = (uint16_t*)src->data[2] + slice_start * lsz_v;
 522
 523     const int lsz_sat = dst_sat->linesize[0] / 2;
 524     const int lsz_hue = dst_hue->linesize[0] / 2;
 525     uint16_t *p_sat = (uint16_t*)dst_sat->data[0] + slice_start * lsz_sat;
 526     uint16_t *p_hue = (uint16_t*)dst_hue->data[0] + slice_start * lsz_hue;
 527
 528     for (j = slice_start; j < slice_end; j++) {
 529         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 530             const int yuvu = p_u[i];
 531             const int yuvv = p_v[i];
 532             p_sat[i] = hypot(yuvu - mid, yuvv - mid); // int or round?
 533             ((int16_t*)p_hue)[i] = floor((180 / M_PI) * atan2f(yuvu-mid, yuvv-mid) + 180);
 534         }
 535         p_u   += lsz_u;
 536         p_v   += lsz_v;
 537         p_sat += lsz_sat;
 538         p_hue += lsz_hue;
 539     }
 540
 541     return 0;
 542 }
 543
 544 static unsigned compute_bit_depth(uint16_t mask)
 545 {
 546     return av_popcount(mask);
 547 }
 548
 549 static int filter_frame8(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
 550 {
 551     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 552     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 553     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 554     AVFrame *out = in;
 555     int i, j;
 556     int  w = 0,  cw = 0, // in
 557         pw = 0, cpw = 0; // prev
 558     int fil;
 559     char metabuf[128];
 560     unsigned int histy[DEPTH] = {0},
 561                  histu[DEPTH] = {0},
 562                  histv[DEPTH] = {0},
 563                  histhue[360] = {0},
 564                  histsat[DEPTH] = {0}; // limited to 8 bit data.
 565     int miny  = -1, minu  = -1, minv  = -1;
 566     int maxy  = -1, maxu  = -1, maxv  = -1;
 567     int lowy  = -1, lowu  = -1, lowv  = -1;
 568     int highy = -1, highu = -1, highv = -1;
 569     int minsat = -1, maxsat = -1, lowsat = -1, highsat = -1;
 570     int lowp, highp, clowp, chighp;
 571     int accy, accu, accv;
 572     int accsat, acchue = 0;
 573     int medhue, maxhue;
 574     int toty = 0, totu = 0, totv = 0, totsat=0;
 575     int tothue = 0;
 576     int dify = 0, difu = 0, difv = 0;
 577     uint16_t masky = 0, masku = 0, maskv = 0;
 578
 579     int filtot[FILT_NUMB] = {0};
 580     AVFrame *prev;
 581
 582     AVFrame *sat = s->frame_sat;
 583     AVFrame *hue = s->frame_hue;
 584     const uint8_t *p_sat = sat->data[0];
 585     const uint8_t *p_hue = hue->data[0];
 586     const int lsz_sat = sat->linesize[0];
 587     const int lsz_hue = hue->linesize[0];
 588     ThreadDataHueSatMetrics td_huesat = {
 589         .src     = in,
 590         .dst_sat = sat,
 591         .dst_hue = hue,
 592     };
 593
 594     if (!s->frame_prev)
 595         s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 596
 597     prev = s->frame_prev;
 598
 599     if (s->outfilter != FILTER_NONE) {
 600         out = av_frame_clone(in);
 601         av_frame_make_writable(out);
 602     }
 603
 604     ctx->internal->execute(ctx, compute_sat_hue_metrics8, &td_huesat,
 605                            NULL, FFMIN(s->chromah, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 606
 607     // Calculate luma histogram and difference with previous frame or field.
 608     for (j = 0; j < link->h; j++) {
 609         for (i = 0; i < link->w; i++) {
 610             const int yuv = in->data[0][w + i];
 611
 612             masky |= yuv;
 613             histy[yuv]++;
 614             dify += abs(yuv - prev->data[0][pw + i]);
 615         }
 616         w  += in->linesize[0];
 617         pw += prev->linesize[0];
 618     }
 619
 620     // Calculate chroma histogram and difference with previous frame or field.
 621     for (j = 0; j < s->chromah; j++) {
 622         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 623             const int yuvu = in->data[1][cw+i];
 624             const int yuvv = in->data[2][cw+i];
 625
 626             masku |= yuvu;
 627             maskv |= yuvv;
 628             histu[yuvu]++;
 629             difu += abs(yuvu - prev->data[1][cpw+i]);
 630             histv[yuvv]++;
 631             difv += abs(yuvv - prev->data[2][cpw+i]);
 632
 633             histsat[p_sat[i]]++;
 634             histhue[((int16_t*)p_hue)[i]]++;
 635         }
 636         cw  += in->linesize[1];
 637         cpw += prev->linesize[1];
 638         p_sat += lsz_sat;
 639         p_hue += lsz_hue;
 640     }
 641
 642     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 643         if (s->filters & 1<<fil) {
 644             ThreadData td = {
 645                 .in = in,
 646                 .out = out != in && s->outfilter == fil ? out : NULL,
 647             };
 648             memset(s->jobs_rets, 0, s->nb_jobs * sizeof(*s->jobs_rets));
 649             ctx->internal->execute(ctx, filters_def[fil].process8,
 650                                    &td, s->jobs_rets, s->nb_jobs);
 651             for (i = 0; i < s->nb_jobs; i++)
 652                 filtot[fil] += s->jobs_rets[i];
 653         }
 654     }
 655
 656     // find low / high based on histogram percentile
 657     // these only need to be calculated once.
 658
 659     lowp   = lrint(s->fs  * 10 / 100.);
 660     highp  = lrint(s->fs  * 90 / 100.);
 661     clowp  = lrint(s->cfs * 10 / 100.);
 662     chighp = lrint(s->cfs * 90 / 100.);
 663
 664     accy = accu = accv = accsat = 0;
 665     for (fil = 0; fil < DEPTH; fil++) {
 666         if (miny   < 0 && histy[fil])   miny = fil;
 667         if (minu   < 0 && histu[fil])   minu = fil;
 668         if (minv   < 0 && histv[fil])   minv = fil;
 669         if (minsat < 0 && histsat[fil]) minsat = fil;
 670
 671         if (histy[fil])   maxy   = fil;
 672         if (histu[fil])   maxu   = fil;
 673         if (histv[fil])   maxv   = fil;
 674         if (histsat[fil]) maxsat = fil;
 675
 676         toty   += histy[fil]   * fil;
 677         totu   += histu[fil]   * fil;
 678         totv   += histv[fil]   * fil;
 679         totsat += histsat[fil] * fil;
 680
 681         accy   += histy[fil];
 682         accu   += histu[fil];
 683         accv   += histv[fil];
 684         accsat += histsat[fil];
 685
 686         if (lowy   == -1 && accy   >=  lowp) lowy   = fil;
 687         if (lowu   == -1 && accu   >= clowp) lowu   = fil;
 688         if (lowv   == -1 && accv   >= clowp) lowv   = fil;
 689         if (lowsat == -1 && accsat >= clowp) lowsat = fil;
 690
 691         if (highy   == -1 && accy   >=  highp) highy   = fil;
 692         if (highu   == -1 && accu   >= chighp) highu   = fil;
 693         if (highv   == -1 && accv   >= chighp) highv   = fil;
 694         if (highsat == -1 && accsat >= chighp) highsat = fil;
 695     }
 696
 697     maxhue = histhue[0];
 698     medhue = -1;
 699     for (fil = 0; fil < 360; fil++) {
 700         tothue += histhue[fil] * fil;
 701         acchue += histhue[fil];
 702
 703         if (medhue == -1 && acchue > s->cfs / 2)
 704             medhue = fil;
 705         if (histhue[fil] > maxhue) {
 706             maxhue = histhue[fil];
 707         }
 708     }
 709
 710     av_frame_free(&s->frame_prev);
 711     s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 712
 713 #define SET_META(key, fmt, val) do {                                \
 714     snprintf(metabuf, sizeof(metabuf), fmt, val);                   \
 715     av_dict_set(&out->metadata, "lavfi.signalstats." key, metabuf, 0);   \
 716 } while (0)
 717
 718     SET_META("YMIN",    "%d", miny);
 719     SET_META("YLOW",    "%d", lowy);
 720     SET_META("YAVG",    "%g", 1.0 * toty / s->fs);
 721     SET_META("YHIGH",   "%d", highy);
 722     SET_META("YMAX",    "%d", maxy);
 723
 724     SET_META("UMIN",    "%d", minu);
 725     SET_META("ULOW",    "%d", lowu);
 726     SET_META("UAVG",    "%g", 1.0 * totu / s->cfs);
 727     SET_META("UHIGH",   "%d", highu);
 728     SET_META("UMAX",    "%d", maxu);
 729
 730     SET_META("VMIN",    "%d", minv);
 731     SET_META("VLOW",    "%d", lowv);
 732     SET_META("VAVG",    "%g", 1.0 * totv / s->cfs);
 733     SET_META("VHIGH",   "%d", highv);
 734     SET_META("VMAX",    "%d", maxv);
 735
 736     SET_META("SATMIN",  "%d", minsat);
 737     SET_META("SATLOW",  "%d", lowsat);
 738     SET_META("SATAVG",  "%g", 1.0 * totsat / s->cfs);
 739     SET_META("SATHIGH", "%d", highsat);
 740     SET_META("SATMAX",  "%d", maxsat);
 741
 742     SET_META("HUEMED",  "%d", medhue);
 743     SET_META("HUEAVG",  "%g", 1.0 * tothue / s->cfs);
 744
 745     SET_META("YDIF",    "%g", 1.0 * dify / s->fs);
 746     SET_META("UDIF",    "%g", 1.0 * difu / s->cfs);
 747     SET_META("VDIF",    "%g", 1.0 * difv / s->cfs);
 748
 749     SET_META("YBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masky));
 750     SET_META("UBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masku));
 751     SET_META("VBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(maskv));
 752
 753     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 754         if (s->filters & 1<<fil) {
 755             char metaname[128];
 756             snprintf(metabuf,  sizeof(metabuf),  "%g", 1.0 * filtot[fil] / s->fs);
 757             snprintf(metaname, sizeof(metaname), "lavfi.signalstats.%s", filters_def[fil].name);
 758             av_dict_set(&out->metadata, metaname, metabuf, 0);
 759         }
 760     }
 761
 762     if (in != out)
 763         av_frame_free(&in);
 764     return ff_filter_frame(outlink, out);
 765 }
 766
 767 static int filter_frame16(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
 768 {
 769     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 770     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 771     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 772     AVFrame *out = in;
 773     int i, j;
 774     int  w = 0,  cw = 0, // in
 775         pw = 0, cpw = 0; // prev
 776     int fil;
 777     char metabuf[128];
 778     unsigned int *histy = s->histy,
 779                  *histu = s->histu,
 780                  *histv = s->histv,
 781                  histhue[360] = {0},
 782                  *histsat = s->histsat;
 783     int miny  = -1, minu  = -1, minv  = -1;
 784     int maxy  = -1, maxu  = -1, maxv  = -1;
 785     int lowy  = -1, lowu  = -1, lowv  = -1;
 786     int highy = -1, highu = -1, highv = -1;
 787     int minsat = -1, maxsat = -1, lowsat = -1, highsat = -1;
 788     int lowp, highp, clowp, chighp;
 789     int accy, accu, accv;
 790     int accsat, acchue = 0;
 791     int medhue, maxhue;
 792     int64_t toty = 0, totu = 0, totv = 0, totsat=0;
 793     int64_t tothue = 0;
 794     int64_t dify = 0, difu = 0, difv = 0;
 795     uint16_t masky = 0, masku = 0, maskv = 0;
 796
 797     int filtot[FILT_NUMB] = {0};
 798     AVFrame *prev;
 799
 800     AVFrame *sat = s->frame_sat;
 801     AVFrame *hue = s->frame_hue;
 802     const uint16_t *p_sat = (uint16_t *)sat->data[0];
 803     const uint16_t *p_hue = (uint16_t *)hue->data[0];
 804     const int lsz_sat = sat->linesize[0] / 2;
 805     const int lsz_hue = hue->linesize[0] / 2;
 806     ThreadDataHueSatMetrics td_huesat = {
 807         .src     = in,
 808         .dst_sat = sat,
 809         .dst_hue = hue,
 810     };
 811
 812     if (!s->frame_prev)
 813         s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 814
 815     prev = s->frame_prev;
 816
 817     if (s->outfilter != FILTER_NONE) {
 818         out = av_frame_clone(in);
 819         av_frame_make_writable(out);
 820     }
 821
 822     ctx->internal->execute(ctx, compute_sat_hue_metrics16, &td_huesat,
 823                            NULL, FFMIN(s->chromah, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 824
 825     // Calculate luma histogram and difference with previous frame or field.
 826     memset(s->histy, 0, (1 << s->depth) * sizeof(*s->histy));
 827     for (j = 0; j < link->h; j++) {
 828         for (i = 0; i < link->w; i++) {
 829             const int yuv = AV_RN16(in->data[0] + w + i * 2);
 830
 831             masky |= yuv;
 832             histy[yuv]++;
 833             dify += abs(yuv - AV_RN16(prev->data[0] + pw + i * 2));
 834         }
 835         w  += in->linesize[0];
 836         pw += prev->linesize[0];
 837     }
 838
 839     // Calculate chroma histogram and difference with previous frame or field.
 840     memset(s->histu, 0, (1 << s->depth) * sizeof(*s->histu));
 841     memset(s->histv, 0, (1 << s->depth) * sizeof(*s->histv));
 842     memset(s->histsat, 0, (1 << s->depth) * sizeof(*s->histsat));
 843     for (j = 0; j < s->chromah; j++) {
 844         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 845             const int yuvu = AV_RN16(in->data[1] + cw + i * 2);
 846             const int yuvv = AV_RN16(in->data[2] + cw + i * 2);
 847
 848             masku |= yuvu;
 849             maskv |= yuvv;
 850             histu[yuvu]++;
 851             difu += abs(yuvu - AV_RN16(prev->data[1] + cpw + i * 2));
 852             histv[yuvv]++;
 853             difv += abs(yuvv - AV_RN16(prev->data[2] + cpw + i * 2));
 854
 855             histsat[p_sat[i]]++;
 856             histhue[((int16_t*)p_hue)[i]]++;
 857         }
 858         cw  += in->linesize[1];
 859         cpw += prev->linesize[1];
 860         p_sat += lsz_sat;
 861         p_hue += lsz_hue;
 862     }
 863
 864     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 865         if (s->filters & 1<<fil) {
 866             ThreadData td = {
 867                 .in = in,
 868                 .out = out != in && s->outfilter == fil ? out : NULL,
 869             };
 870             memset(s->jobs_rets, 0, s->nb_jobs * sizeof(*s->jobs_rets));
 871             ctx->internal->execute(ctx, filters_def[fil].process16,
 872                                    &td, s->jobs_rets, s->nb_jobs);
 873             for (i = 0; i < s->nb_jobs; i++)
 874                 filtot[fil] += s->jobs_rets[i];
 875         }
 876     }
 877
 878     // find low / high based on histogram percentile
 879     // these only need to be calculated once.
 880
 881     lowp   = lrint(s->fs  * 10 / 100.);
 882     highp  = lrint(s->fs  * 90 / 100.);
 883     clowp  = lrint(s->cfs * 10 / 100.);
 884     chighp = lrint(s->cfs * 90 / 100.);
 885
 886     accy = accu = accv = accsat = 0;
 887     for (fil = 0; fil < 1 << s->depth; fil++) {
 888         if (miny   < 0 && histy[fil])   miny = fil;
 889         if (minu   < 0 && histu[fil])   minu = fil;
 890         if (minv   < 0 && histv[fil])   minv = fil;
 891         if (minsat < 0 && histsat[fil]) minsat = fil;
 892
 893         if (histy[fil])   maxy   = fil;
 894         if (histu[fil])   maxu   = fil;
 895         if (histv[fil])   maxv   = fil;
 896         if (histsat[fil]) maxsat = fil;
 897
 898         toty   += histy[fil]   * fil;
 899         totu   += histu[fil]   * fil;
 900         totv   += histv[fil]   * fil;
 901         totsat += histsat[fil] * fil;
 902
 903         accy   += histy[fil];
 904         accu   += histu[fil];
 905         accv   += histv[fil];
 906         accsat += histsat[fil];
 907
 908         if (lowy   == -1 && accy   >=  lowp) lowy   = fil;
 909         if (lowu   == -1 && accu   >= clowp) lowu   = fil;
 910         if (lowv   == -1 && accv   >= clowp) lowv   = fil;
 911         if (lowsat == -1 && accsat >= clowp) lowsat = fil;
 912
 913         if (highy   == -1 && accy   >=  highp) highy   = fil;
 914         if (highu   == -1 && accu   >= chighp) highu   = fil;
 915         if (highv   == -1 && accv   >= chighp) highv   = fil;
 916         if (highsat == -1 && accsat >= chighp) highsat = fil;
 917     }
 918
 919     maxhue = histhue[0];
 920     medhue = -1;
 921     for (fil = 0; fil < 360; fil++) {
 922         tothue += histhue[fil] * fil;
 923         acchue += histhue[fil];
 924
 925         if (medhue == -1 && acchue > s->cfs / 2)
 926             medhue = fil;
 927         if (histhue[fil] > maxhue) {
 928             maxhue = histhue[fil];
 929         }
 930     }
 931
 932     av_frame_free(&s->frame_prev);
 933     s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 934
 935     SET_META("YMIN",    "%d", miny);
 936     SET_META("YLOW",    "%d", lowy);
 937     SET_META("YAVG",    "%g", 1.0 * toty / s->fs);
 938     SET_META("YHIGH",   "%d", highy);
 939     SET_META("YMAX",    "%d", maxy);
 940
 941     SET_META("UMIN",    "%d", minu);
 942     SET_META("ULOW",    "%d", lowu);
 943     SET_META("UAVG",    "%g", 1.0 * totu / s->cfs);
 944     SET_META("UHIGH",   "%d", highu);
 945     SET_META("UMAX",    "%d", maxu);
 946
 947     SET_META("VMIN",    "%d", minv);
 948     SET_META("VLOW",    "%d", lowv);
 949     SET_META("VAVG",    "%g", 1.0 * totv / s->cfs);
 950     SET_META("VHIGH",   "%d", highv);
 951     SET_META("VMAX",    "%d", maxv);
 952
 953     SET_META("SATMIN",  "%d", minsat);
 954     SET_META("SATLOW",  "%d", lowsat);
 955     SET_META("SATAVG",  "%g", 1.0 * totsat / s->cfs);
 956     SET_META("SATHIGH", "%d", highsat);
 957     SET_META("SATMAX",  "%d", maxsat);
 958
 959     SET_META("HUEMED",  "%d", medhue);
 960     SET_META("HUEAVG",  "%g", 1.0 * tothue / s->cfs);
 961
 962     SET_META("YDIF",    "%g", 1.0 * dify / s->fs);
 963     SET_META("UDIF",    "%g", 1.0 * difu / s->cfs);
 964     SET_META("VDIF",    "%g", 1.0 * difv / s->cfs);
 965
 966     SET_META("YBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masky));
 967     SET_META("UBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masku));
 968     SET_META("VBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(maskv));
 969
 970     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 971         if (s->filters & 1<<fil) {
 972             char metaname[128];
 973             snprintf(metabuf,  sizeof(metabuf),  "%g", 1.0 * filtot[fil] / s->fs);
 974             snprintf(metaname, sizeof(metaname), "lavfi.signalstats.%s", filters_def[fil].name);
 975             av_dict_set(&out->metadata, metaname, metabuf, 0);
 976         }
 977     }
 978
 979     if (in != out)
 980         av_frame_free(&in);
 981     return ff_filter_frame(outlink, out);
 982 }
 983
 984 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
 985 {
 986     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 987     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 988
 989     if (s->depth > 8)
 990         return filter_frame16(link, in);
 991     else
 992         return filter_frame8(link, in);
 993 }
 994
 995 static const AVFilterPad signalstats_inputs[] = {
 996     {
 997         .name           = "default",
 998         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 999         .filter_frame   = filter_frame,
1000     },
1001     { NULL }
1002 };
1003
1004 static const AVFilterPad signalstats_outputs[] = {
1005     {
1006         .name           = "default",
1007         .config_props   = config_props,
1008         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1009     },
1010     { NULL }
1011 };
1012
1013 AVFilter ff_vf_signalstats = {
1014     .name          = "signalstats",
1015     .description   = "Generate statistics from video analysis.",
1016     .init          = init,
1017     .uninit        = uninit,
1018     .query_formats = query_formats,
1019     .priv_size     = sizeof(SignalstatsContext),
1020     .inputs        = signalstats_inputs,
1021     .outputs       = signalstats_outputs,
1022     .priv_class    = &signalstats_class,
1023     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1024 };