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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013 Paul B Mahol
   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 #include "libavutil/opt.h"
  22 #include "libavutil/pixdesc.h"
  23 #include "avfilter.h"
  24 #include "drawutils.h"
  25 #include "formats.h"
  26 #include "internal.h"
  27 #include "video.h"
  28
  29 #define R 0
  30 #define G 1
  31 #define B 2
  32 #define A 3
  33
  34 typedef struct ThreadData {
  35     AVFrame *in, *out;
  36 } ThreadData;
  37
  38 typedef struct Range {
  39     float shadows;
  40     float midtones;
  41     float highlights;
  42 } Range;
  43
  44 typedef struct ColorBalanceContext {
  45     const AVClass *class;
  46     Range cyan_red;
  47     Range magenta_green;
  48     Range yellow_blue;
  49     int preserve_lightness;
  50
  51     uint8_t rgba_map[4];
  52     int depth;
  53     int max;
  54     int step;
  55
  56     int (*color_balance)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
  57 } ColorBalanceContext;
  58
  59 #define OFFSET(x) offsetof(ColorBalanceContext, x)
  60 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  61 static const AVOption colorbalance_options[] = {
  62     { "rs", "set red shadows",      OFFSET(cyan_red.shadows),         AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  63     { "gs", "set green shadows",    OFFSET(magenta_green.shadows),    AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  64     { "bs", "set blue shadows",     OFFSET(yellow_blue.shadows),      AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  65     { "rm", "set red midtones",     OFFSET(cyan_red.midtones),        AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  66     { "gm", "set green midtones",   OFFSET(magenta_green.midtones),   AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  67     { "bm", "set blue midtones",    OFFSET(yellow_blue.midtones),     AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  68     { "rh", "set red highlights",   OFFSET(cyan_red.highlights),      AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  69     { "gh", "set green highlights", OFFSET(magenta_green.highlights), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  70     { "bh", "set blue highlights",  OFFSET(yellow_blue.highlights),   AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -1, 1, FLAGS },
  71     { "pl", "preserve lightness",   OFFSET(preserve_lightness),       AV_OPT_TYPE_BOOL,  {.i64=0},  0, 1, FLAGS },
  72     { NULL }
  73 };
  74
  75 AVFILTER_DEFINE_CLASS(colorbalance);
  76
  77 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  78 {
  79     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  80         AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_BGR24,
  81         AV_PIX_FMT_RGBA,  AV_PIX_FMT_BGRA,
  82         AV_PIX_FMT_ABGR,  AV_PIX_FMT_ARGB,
  83         AV_PIX_FMT_0BGR,  AV_PIX_FMT_0RGB,
  84         AV_PIX_FMT_RGB0,  AV_PIX_FMT_BGR0,
  85         AV_PIX_FMT_RGB48,  AV_PIX_FMT_BGR48,
  86         AV_PIX_FMT_RGBA64, AV_PIX_FMT_BGRA64,
  87         AV_PIX_FMT_GBRP,   AV_PIX_FMT_GBRAP,
  88         AV_PIX_FMT_GBRP9,
  89         AV_PIX_FMT_GBRP10, AV_PIX_FMT_GBRAP10,
  90         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRAP12,
  91         AV_PIX_FMT_GBRP14,
  92         AV_PIX_FMT_GBRP16, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
  93         AV_PIX_FMT_NONE
  94     };
  95     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
  96     if (!fmts_list)
  97         return AVERROR(ENOMEM);
  98     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
  99 }
 100
 101 static float get_component(float v, float l,
 102                            float s, float m, float h)
 103 {
 104     const float a = 4.f, b = 0.333f, scale = 0.7f;
 105
 106     s *= av_clipf((b - l) * a + 0.5f, 0, 1) * scale;
 107     m *= av_clipf((l - b) * a + 0.5f, 0, 1) * av_clipf((1.0 - l - b) * a + 0.5f, 0, 1) * scale;
 108     h *= av_clipf((l + b - 1) * a + 0.5f, 0, 1) * scale;
 109
 110     v += s;
 111     v += m;
 112     v += h;
 113
 114     return av_clipf(v, 0, 1);
 115 }
 116
 117 static float hfun(float n, float h, float s, float l)
 118 {
 119     float a = s * FFMIN(l, 1. - l);
 120     float k = fmodf(n + h / 30.f, 12.f);
 121
 122     return av_clipf(l - a * FFMAX(FFMIN3(k - 3.f, 9.f - k, 1), -1.f), 0, 1);
 123 }
 124
 125 static void preservel(float *r, float *g, float *b, float l)
 126 {
 127     float max = FFMAX3(*r, *g, *b);
 128     float min = FFMIN3(*r, *g, *b);
 129     float h, s;
 130
 131     l *= 0.5;
 132
 133     if (*r == *g && *g == *b) {
 134         h = 0.;
 135     } else if (max == *r) {
 136         h = 60. * (0. + (*g - *b) / (max - min));
 137     } else if (max == *g) {
 138         h = 60. * (2. + (*b - *r) / (max - min));
 139     } else if (max == *b) {
 140         h = 60. * (4. + (*r - *g) / (max - min));
 141     } else {
 142         h = 0.;
 143     }
 144     if (h < 0.)
 145         h += 360.;
 146
 147     if (max == 0. || min == 1.) {
 148         s = 0.;
 149     } else {
 150         s = (max - min) / (1. - FFABS(2. * l - 1));
 151     }
 152
 153     *r = hfun(0, h, s, l);
 154     *g = hfun(8, h, s, l);
 155     *b = hfun(4, h, s, l);
 156 }
 157
 158 static int color_balance8_p(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 159 {
 160     ColorBalanceContext *s = ctx->priv;
 161     ThreadData *td = arg;
 162     AVFrame *in = td->in;
 163     AVFrame *out = td->out;
 164     const int slice_start = (out->height * jobnr) / nb_jobs;
 165     const int slice_end = (out->height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 166     const uint8_t *srcg = in->data[0] + slice_start * in->linesize[0];
 167     const uint8_t *srcb = in->data[1] + slice_start * in->linesize[1];
 168     const uint8_t *srcr = in->data[2] + slice_start * in->linesize[2];
 169     const uint8_t *srca = in->data[3] + slice_start * in->linesize[3];
 170     uint8_t *dstg = out->data[0] + slice_start * out->linesize[0];
 171     uint8_t *dstb = out->data[1] + slice_start * out->linesize[1];
 172     uint8_t *dstr = out->data[2] + slice_start * out->linesize[2];
 173     uint8_t *dsta = out->data[3] + slice_start * out->linesize[3];
 174     const float max = s->max;
 175     int i, j;
 176
 177     for (i = slice_start; i < slice_end; i++) {
 178         for (j = 0; j < out->width; j++) {
 179             float r = srcr[j] / max;
 180             float g = srcg[j] / max;
 181             float b = srcb[j] / max;
 182             const float l = FFMAX3(r, g, b) + FFMIN3(r, g, b);
 183
 184             r = get_component(r, l, s->cyan_red.shadows, s->cyan_red.midtones, s->cyan_red.highlights);
 185             g = get_component(g, l, s->magenta_green.shadows, s->magenta_green.midtones, s->magenta_green.highlights);
 186             b = get_component(b, l, s->yellow_blue.shadows, s->yellow_blue.midtones, s->yellow_blue.highlights);
 187
 188             if (s->preserve_lightness)
 189                 preservel(&r, &g, &b, l);
 190
 191             dstr[j] = av_clip_uint8(lrintf(r * max));
 192             dstg[j] = av_clip_uint8(lrintf(g * max));
 193             dstb[j] = av_clip_uint8(lrintf(b * max));
 194             if (in != out && out->linesize[3])
 195                 dsta[j] = srca[j];
 196         }
 197
 198         srcg += in->linesize[0];
 199         srcb += in->linesize[1];
 200         srcr += in->linesize[2];
 201         srca += in->linesize[3];
 202         dstg += out->linesize[0];
 203         dstb += out->linesize[1];
 204         dstr += out->linesize[2];
 205         dsta += out->linesize[3];
 206     }
 207
 208     return 0;
 209 }
 210
 211 static int color_balance16_p(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 212 {
 213     ColorBalanceContext *s = ctx->priv;
 214     ThreadData *td = arg;
 215     AVFrame *in = td->in;
 216     AVFrame *out = td->out;
 217     const int slice_start = (out->height * jobnr) / nb_jobs;
 218     const int slice_end = (out->height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 219     const uint16_t *srcg = (const uint16_t *)in->data[0] + slice_start * in->linesize[0] / 2;
 220     const uint16_t *srcb = (const uint16_t *)in->data[1] + slice_start * in->linesize[1] / 2;
 221     const uint16_t *srcr = (const uint16_t *)in->data[2] + slice_start * in->linesize[2] / 2;
 222     const uint16_t *srca = (const uint16_t *)in->data[3] + slice_start * in->linesize[3] / 2;
 223     uint16_t *dstg = (uint16_t *)out->data[0] + slice_start * out->linesize[0] / 2;
 224     uint16_t *dstb = (uint16_t *)out->data[1] + slice_start * out->linesize[1] / 2;
 225     uint16_t *dstr = (uint16_t *)out->data[2] + slice_start * out->linesize[2] / 2;
 226     uint16_t *dsta = (uint16_t *)out->data[3] + slice_start * out->linesize[3] / 2;
 227     const int depth = s->depth;
 228     const float max = s->max;
 229     int i, j;
 230
 231     for (i = slice_start; i < slice_end; i++) {
 232         for (j = 0; j < out->width; j++) {
 233             float r = srcr[j] / max;
 234             float g = srcg[j] / max;
 235             float b = srcb[j] / max;
 236             const float l = (FFMAX3(r, g, b) + FFMIN3(r, g, b));
 237
 238             r = get_component(r, l, s->cyan_red.shadows, s->cyan_red.midtones, s->cyan_red.highlights);
 239             g = get_component(g, l, s->magenta_green.shadows, s->magenta_green.midtones, s->magenta_green.highlights);
 240             b = get_component(b, l, s->yellow_blue.shadows, s->yellow_blue.midtones, s->yellow_blue.highlights);
 241
 242             if (s->preserve_lightness)
 243                 preservel(&r, &g, &b, l);
 244
 245             dstr[j] = av_clip_uintp2_c(lrintf(r * max), depth);
 246             dstg[j] = av_clip_uintp2_c(lrintf(g * max), depth);
 247             dstb[j] = av_clip_uintp2_c(lrintf(b * max), depth);
 248             if (in != out && out->linesize[3])
 249                 dsta[j] = srca[j];
 250         }
 251
 252         srcg += in->linesize[0] / 2;
 253         srcb += in->linesize[1] / 2;
 254         srcr += in->linesize[2] / 2;
 255         srca += in->linesize[3] / 2;
 256         dstg += out->linesize[0] / 2;
 257         dstb += out->linesize[1] / 2;
 258         dstr += out->linesize[2] / 2;
 259         dsta += out->linesize[3] / 2;
 260     }
 261
 262     return 0;
 263 }
 264
 265 static int color_balance8(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 266 {
 267     ColorBalanceContext *s = ctx->priv;
 268     ThreadData *td = arg;
 269     AVFrame *in = td->in;
 270     AVFrame *out = td->out;
 271     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 272     const int slice_start = (out->height * jobnr) / nb_jobs;
 273     const int slice_end = (out->height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 274     const uint8_t *srcrow = in->data[0] + slice_start * in->linesize[0];
 275     const uint8_t roffset = s->rgba_map[R];
 276     const uint8_t goffset = s->rgba_map[G];
 277     const uint8_t boffset = s->rgba_map[B];
 278     const uint8_t aoffset = s->rgba_map[A];
 279     const float max = s->max;
 280     const int step = s->step;
 281     uint8_t *dstrow;
 282     int i, j;
 283
 284     dstrow = out->data[0] + slice_start * out->linesize[0];
 285     for (i = slice_start; i < slice_end; i++) {
 286         const uint8_t *src = srcrow;
 287         uint8_t *dst = dstrow;
 288
 289         for (j = 0; j < outlink->w * step; j += step) {
 290             float r = src[j + roffset] / max;
 291             float g = src[j + goffset] / max;
 292             float b = src[j + boffset] / max;
 293             const float l = (FFMAX3(r, g, b) + FFMIN3(r, g, b));
 294
 295             r = get_component(r, l, s->cyan_red.shadows, s->cyan_red.midtones, s->cyan_red.highlights);
 296             g = get_component(g, l, s->magenta_green.shadows, s->magenta_green.midtones, s->magenta_green.highlights);
 297             b = get_component(b, l, s->yellow_blue.shadows, s->yellow_blue.midtones, s->yellow_blue.highlights);
 298
 299             if (s->preserve_lightness)
 300                 preservel(&r, &g, &b, l);
 301
 302             dst[j + roffset] = av_clip_uint8(lrintf(r * max));
 303             dst[j + goffset] = av_clip_uint8(lrintf(g * max));
 304             dst[j + boffset] = av_clip_uint8(lrintf(b * max));
 305             if (in != out && step == 4)
 306                 dst[j + aoffset] = src[j + aoffset];
 307         }
 308
 309         srcrow += in->linesize[0];
 310         dstrow += out->linesize[0];
 311     }
 312
 313     return 0;
 314 }
 315
 316 static int color_balance16(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 317 {
 318     ColorBalanceContext *s = ctx->priv;
 319     ThreadData *td = arg;
 320     AVFrame *in = td->in;
 321     AVFrame *out = td->out;
 322     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 323     const int slice_start = (out->height * jobnr) / nb_jobs;
 324     const int slice_end = (out->height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 325     const uint16_t *srcrow = (const uint16_t *)in->data[0] + slice_start * in->linesize[0] / 2;
 326     const uint8_t roffset = s->rgba_map[R];
 327     const uint8_t goffset = s->rgba_map[G];
 328     const uint8_t boffset = s->rgba_map[B];
 329     const uint8_t aoffset = s->rgba_map[A];
 330     const int step = s->step / 2;
 331     const int depth = s->depth;
 332     const float max = s->max;
 333     uint16_t *dstrow;
 334     int i, j;
 335
 336     dstrow = (uint16_t *)out->data[0] + slice_start * out->linesize[0] / 2;
 337     for (i = slice_start; i < slice_end; i++) {
 338         const uint16_t *src = srcrow;
 339         uint16_t *dst = dstrow;
 340
 341         for (j = 0; j < outlink->w * step; j += step) {
 342             float r = src[j + roffset] / max;
 343             float g = src[j + goffset] / max;
 344             float b = src[j + boffset] / max;
 345             const float l = (FFMAX3(r, g, b) + FFMIN3(r, g, b));
 346
 347             r = get_component(r, l, s->cyan_red.shadows, s->cyan_red.midtones, s->cyan_red.highlights);
 348             g = get_component(g, l, s->magenta_green.shadows, s->magenta_green.midtones, s->magenta_green.highlights);
 349             b = get_component(b, l, s->yellow_blue.shadows, s->yellow_blue.midtones, s->yellow_blue.highlights);
 350
 351             if (s->preserve_lightness)
 352                 preservel(&r, &g, &b, l);
 353
 354             dst[j + roffset] = av_clip_uintp2_c(lrintf(r * max), depth);
 355             dst[j + goffset] = av_clip_uintp2_c(lrintf(g * max), depth);
 356             dst[j + boffset] = av_clip_uintp2_c(lrintf(b * max), depth);
 357             if (in != out && step == 4)
 358                 dst[j + aoffset] = src[j + aoffset];
 359         }
 360
 361         srcrow += in->linesize[0] / 2;
 362         dstrow += out->linesize[0] / 2;
 363     }
 364
 365     return 0;
 366 }
 367
 368 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 369 {
 370     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 371     ColorBalanceContext *s = ctx->priv;
 372     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 373     const int depth = desc->comp[0].depth;
 374     const int max = (1 << depth) - 1;
 375     const int planar = av_pix_fmt_count_planes(outlink->format) > 1;
 376
 377     s->depth = depth;
 378     s->max = max;
 379
 380     if (max == 255 && planar) {
 381         s->color_balance = color_balance8_p;
 382     } else if (planar) {
 383         s->color_balance = color_balance16_p;
 384     } else if (max == 255) {
 385         s->color_balance = color_balance8;
 386     } else {
 387         s->color_balance = color_balance16;
 388     }
 389
 390     ff_fill_rgba_map(s->rgba_map, outlink->format);
 391     s->step = av_get_padded_bits_per_pixel(desc) >> 3;
 392
 393     return 0;
 394 }
 395
 396 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 397 {
 398     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 399     ColorBalanceContext *s = ctx->priv;
 400     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 401     ThreadData td;
 402     AVFrame *out;
 403
 404     if (av_frame_is_writable(in)) {
 405         out = in;
 406     } else {
 407         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 408         if (!out) {
 409             av_frame_free(&in);
 410             return AVERROR(ENOMEM);
 411         }
 412         av_frame_copy_props(out, in);
 413     }
 414
 415     td.in = in;
 416     td.out = out;
 417     ctx->internal->execute(ctx, s->color_balance, &td, NULL, FFMIN(outlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 418
 419     if (in != out)
 420         av_frame_free(&in);
 421     return ff_filter_frame(outlink, out);
 422 }
 423
 424 static const AVFilterPad colorbalance_inputs[] = {
 425     {
 426         .name         = "default",
 427         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 428         .filter_frame = filter_frame,
 429     },
 430     { NULL }
 431 };
 432
 433 static const AVFilterPad colorbalance_outputs[] = {
 434     {
 435         .name         = "default",
 436         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 437         .config_props = config_output,
 438     },
 439     { NULL }
 440 };
 441
 442 const AVFilter ff_vf_colorbalance = {
 443     .name          = "colorbalance",
 444     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Adjust the color balance."),
 445     .priv_size     = sizeof(ColorBalanceContext),
 446     .priv_class    = &colorbalance_class,
 447     .query_formats = query_formats,
 448     .inputs        = colorbalance_inputs,
 449     .outputs       = colorbalance_outputs,
 450     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 451     .process_command = ff_filter_process_command,
 452 };