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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   3  * Copyright (c) 2013 Clément Bœsch <u pkh me>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  10  * (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  18  * with FFmpeg; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  19  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Simple post processing filter
  25  *
  26  * This implementation is based on an algorithm described in
  27  * "Aria Nosratinia Embedded Post-Processing for
  28  * Enhancement of Compressed Images (1999)"
  29  *
  30  * Originally written by Michael Niedermayer for the MPlayer project, and
  31  * ported by Clément Bœsch for FFmpeg.
  32  */
  33
  34 #include "libavutil/avassert.h"
  35 #include "libavutil/imgutils.h"
  36 #include "libavutil/mem_internal.h"
  37 #include "libavutil/opt.h"
  38 #include "libavutil/pixdesc.h"
  39 #include "internal.h"
  40 #include "qp_table.h"
  41 #include "vf_spp.h"
  42
  43 enum mode {
  44     MODE_HARD,
  45     MODE_SOFT,
  46     NB_MODES
  47 };
  48
  49 #if FF_API_CHILD_CLASS_NEXT
  50 static const AVClass *child_class_next(const AVClass *prev)
  51 {
  52     return prev ? NULL : avcodec_dct_get_class();
  53 }
  54 #endif
  55
  56 static const AVClass *child_class_iterate(void **iter)
  57 {
  58     const AVClass *c = *iter ? NULL : avcodec_dct_get_class();
  59     *iter = (void*)(uintptr_t)c;
  60     return c;
  61 }
  62
  63 static void *child_next(void *obj, void *prev)
  64 {
  65     SPPContext *s = obj;
  66     return prev ? NULL : s->dct;
  67 }
  68
  69 #define OFFSET(x) offsetof(SPPContext, x)
  70 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  71 #define TFLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  72 static const AVOption spp_options[] = {
  73     { "quality", "set quality", OFFSET(log2_count), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 3}, 0, MAX_LEVEL, TFLAGS },
  74     { "qp", "force a constant quantizer parameter", OFFSET(qp), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 63, FLAGS },
  75     { "mode", "set thresholding mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = MODE_HARD}, 0, NB_MODES - 1, FLAGS, "mode" },
  76         { "hard", "hard thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_HARD}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
  77         { "soft", "soft thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_SOFT}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
  78     { "use_bframe_qp", "use B-frames' QP", OFFSET(use_bframe_qp), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 0}, 0, 1, FLAGS },
  79     { NULL }
  80 };
  81
  82 static const AVClass spp_class = {
  83     .class_name       = "spp",
  84     .item_name        = av_default_item_name,
  85     .option           = spp_options,
  86     .version          = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
  87     .category         = AV_CLASS_CATEGORY_FILTER,
  88 #if FF_API_CHILD_CLASS_NEXT
  89     .child_class_next = child_class_next,
  90 #endif
  91     .child_class_iterate = child_class_iterate,
  92     .child_next       = child_next,
  93 };
  94
  95 // XXX: share between filters?
  96 DECLARE_ALIGNED(8, static const uint8_t, ldither)[8][8] = {
  97     {  0,  48,  12,  60,   3,  51,  15,  63 },
  98     { 32,  16,  44,  28,  35,  19,  47,  31 },
  99     {  8,  56,   4,  52,  11,  59,   7,  55 },
 100     { 40,  24,  36,  20,  43,  27,  39,  23 },
 101     {  2,  50,  14,  62,   1,  49,  13,  61 },
 102     { 34,  18,  46,  30,  33,  17,  45,  29 },
 103     { 10,  58,   6,  54,   9,  57,   5,  53 },
 104     { 42,  26,  38,  22,  41,  25,  37,  21 },
 105 };
 106
 107 static const uint8_t offset[127][2] = {
 108     {0,0},
 109     {0,0}, {4,4},                                           // quality = 1
 110     {0,0}, {2,2}, {6,4}, {4,6},                             // quality = 2
 111     {0,0}, {5,1}, {2,2}, {7,3}, {4,4}, {1,5}, {6,6}, {3,7}, // quality = 3
 112
 113     {0,0}, {4,0}, {1,1}, {5,1}, {3,2}, {7,2}, {2,3}, {6,3}, // quality = 4
 114     {0,4}, {4,4}, {1,5}, {5,5}, {3,6}, {7,6}, {2,7}, {6,7},
 115
 116     {0,0}, {0,2}, {0,4}, {0,6}, {1,1}, {1,3}, {1,5}, {1,7}, // quality = 5
 117     {2,0}, {2,2}, {2,4}, {2,6}, {3,1}, {3,3}, {3,5}, {3,7},
 118     {4,0}, {4,2}, {4,4}, {4,6}, {5,1}, {5,3}, {5,5}, {5,7},
 119     {6,0}, {6,2}, {6,4}, {6,6}, {7,1}, {7,3}, {7,5}, {7,7},
 120
 121     {0,0}, {4,4}, {0,4}, {4,0}, {2,2}, {6,6}, {2,6}, {6,2}, // quality = 6
 122     {0,2}, {4,6}, {0,6}, {4,2}, {2,0}, {6,4}, {2,4}, {6,0},
 123     {1,1}, {5,5}, {1,5}, {5,1}, {3,3}, {7,7}, {3,7}, {7,3},
 124     {1,3}, {5,7}, {1,7}, {5,3}, {3,1}, {7,5}, {3,5}, {7,1},
 125     {0,1}, {4,5}, {0,5}, {4,1}, {2,3}, {6,7}, {2,7}, {6,3},
 126     {0,3}, {4,7}, {0,7}, {4,3}, {2,1}, {6,5}, {2,5}, {6,1},
 127     {1,0}, {5,4}, {1,4}, {5,0}, {3,2}, {7,6}, {3,6}, {7,2},
 128     {1,2}, {5,6}, {1,6}, {5,2}, {3,0}, {7,4}, {3,4}, {7,0},
 129 };
 130
 131 static void hardthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
 132                          int qp, const uint8_t *permutation)
 133 {
 134     int i;
 135     int bias = 0; // FIXME
 136
 137     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
 138     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
 139
 140     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
 141     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
 142
 143     for (i = 1; i < 64; i++) {
 144         int level = src[i];
 145         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 146             const int j = permutation[i];
 147             dst[j] = (level + 4) >> 3;
 148         }
 149     }
 150 }
 151
 152 static void softthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
 153                          int qp, const uint8_t *permutation)
 154 {
 155     int i;
 156     int bias = 0; //FIXME
 157
 158     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
 159     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
 160
 161     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
 162     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
 163
 164     for (i = 1; i < 64; i++) {
 165         int level = src[i];
 166         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 167             const int j = permutation[i];
 168             if (level > 0) dst[j] = (level - threshold1 + 4) >> 3;
 169             else           dst[j] = (level + threshold1 + 4) >> 3;
 170         }
 171     }
 172 }
 173
 174 static void store_slice_c(uint8_t *dst, const int16_t *src,
 175                           int dst_linesize, int src_linesize,
 176                           int width, int height, int log2_scale,
 177                           const uint8_t dither[8][8])
 178 {
 179     int y, x;
 180
 181 #define STORE(pos) do {                                                     \
 182     temp = ((src[x + y*src_linesize + pos] << log2_scale) + d[pos]) >> 6;   \
 183     if (temp & 0x100)                                                       \
 184         temp = ~(temp >> 31);                                               \
 185     dst[x + y*dst_linesize + pos] = temp;                                   \
 186 } while (0)
 187
 188     for (y = 0; y < height; y++) {
 189         const uint8_t *d = dither[y];
 190         for (x = 0; x < width; x += 8) {
 191             int temp;
 192             STORE(0);
 193             STORE(1);
 194             STORE(2);
 195             STORE(3);
 196             STORE(4);
 197             STORE(5);
 198             STORE(6);
 199             STORE(7);
 200         }
 201     }
 202 }
 203
 204 static void store_slice16_c(uint16_t *dst, const int16_t *src,
 205                             int dst_linesize, int src_linesize,
 206                             int width, int height, int log2_scale,
 207                             const uint8_t dither[8][8], int depth)
 208 {
 209     int y, x;
 210     unsigned int mask = -1<<depth;
 211
 212 #define STORE16(pos) do {                                                   \
 213     temp = ((src[x + y*src_linesize + pos] << log2_scale) + (d[pos]>>1)) >> 5;   \
 214     if (temp & mask )                                                       \
 215         temp = ~(temp >> 31);                                               \
 216     dst[x + y*dst_linesize + pos] = temp;                                   \
 217 } while (0)
 218
 219     for (y = 0; y < height; y++) {
 220         const uint8_t *d = dither[y];
 221         for (x = 0; x < width; x += 8) {
 222             int temp;
 223             STORE16(0);
 224             STORE16(1);
 225             STORE16(2);
 226             STORE16(3);
 227             STORE16(4);
 228             STORE16(5);
 229             STORE16(6);
 230             STORE16(7);
 231         }
 232     }
 233 }
 234
 235 static inline void add_block(uint16_t *dst, int linesize, const int16_t block[64])
 236 {
 237     int y;
 238
 239     for (y = 0; y < 8; y++) {
 240         dst[0 + y*linesize] += block[0 + y*8];
 241         dst[1 + y*linesize] += block[1 + y*8];
 242         dst[2 + y*linesize] += block[2 + y*8];
 243         dst[3 + y*linesize] += block[3 + y*8];
 244         dst[4 + y*linesize] += block[4 + y*8];
 245         dst[5 + y*linesize] += block[5 + y*8];
 246         dst[6 + y*linesize] += block[6 + y*8];
 247         dst[7 + y*linesize] += block[7 + y*8];
 248     }
 249 }
 250
 251 static void filter(SPPContext *p, uint8_t *dst, uint8_t *src,
 252                    int dst_linesize, int src_linesize, int width, int height,
 253                    const uint8_t *qp_table, int qp_stride, int is_luma, int depth)
 254 {
 255     int x, y, i;
 256     const int count = 1 << p->log2_count;
 257     const int linesize = is_luma ? p->temp_linesize : FFALIGN(width+16, 16);
 258     DECLARE_ALIGNED(16, uint64_t, block_align)[32];
 259     int16_t *block  = (int16_t *)block_align;
 260     int16_t *block2 = (int16_t *)(block_align + 16);
 261     uint16_t *psrc16 = (uint16_t*)p->src;
 262     const int sample_bytes = (depth+7) / 8;
 263
 264     for (y = 0; y < height; y++) {
 265         int index = 8 + 8*linesize + y*linesize;
 266         memcpy(p->src + index*sample_bytes, src + y*src_linesize, width*sample_bytes);
 267         if (sample_bytes == 1) {
 268             for (x = 0; x < 8; x++) {
 269                 p->src[index         - x - 1] = p->src[index +         x    ];
 270                 p->src[index + width + x    ] = p->src[index + width - x - 1];
 271             }
 272         } else {
 273             for (x = 0; x < 8; x++) {
 274                 psrc16[index         - x - 1] = psrc16[index +         x    ];
 275                 psrc16[index + width + x    ] = psrc16[index + width - x - 1];
 276             }
 277         }
 278     }
 279     for (y = 0; y < 8; y++) {
 280         memcpy(p->src + (       7-y)*linesize * sample_bytes, p->src + (       y+8)*linesize * sample_bytes, linesize * sample_bytes);
 281         memcpy(p->src + (height+8+y)*linesize * sample_bytes, p->src + (height-y+7)*linesize * sample_bytes, linesize * sample_bytes);
 282     }
 283
 284     for (y = 0; y < height + 8; y += 8) {
 285         memset(p->temp + (8 + y) * linesize, 0, 8 * linesize * sizeof(*p->temp));
 286         for (x = 0; x < width + 8; x += 8) {
 287             int qp;
 288
 289             if (p->qp) {
 290                 qp = p->qp;
 291             } else{
 292                 const int qps = 3 + is_luma;
 293                 qp = qp_table[(FFMIN(x, width - 1) >> qps) + (FFMIN(y, height - 1) >> qps) * qp_stride];
 294                 qp = FFMAX(1, ff_norm_qscale(qp, p->qscale_type));
 295             }
 296             for (i = 0; i < count; i++) {
 297                 const int x1 = x + offset[i + count - 1][0];
 298                 const int y1 = y + offset[i + count - 1][1];
 299                 const int index = x1 + y1*linesize;
 300                 p->dct->get_pixels_unaligned(block, p->src + sample_bytes*index, sample_bytes*linesize);
 301                 p->dct->fdct(block);
 302                 p->requantize(block2, block, qp, p->dct->idct_permutation);
 303                 p->dct->idct(block2);
 304                 add_block(p->temp + index, linesize, block2);
 305             }
 306         }
 307         if (y) {
 308             if (sample_bytes == 1) {
 309                 p->store_slice(dst + (y - 8) * dst_linesize, p->temp + 8 + y*linesize,
 310                                dst_linesize, linesize, width,
 311                                FFMIN(8, height + 8 - y), MAX_LEVEL - p->log2_count,
 312                                ldither);
 313             } else {
 314                 store_slice16_c((uint16_t*)(dst + (y - 8) * dst_linesize), p->temp + 8 + y*linesize,
 315                                 dst_linesize/2, linesize, width,
 316                                 FFMIN(8, height + 8 - y), MAX_LEVEL - p->log2_count,
 317                                 ldither, depth);
 318             }
 319         }
 320     }
 321 }
 322
 323 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 324 {
 325     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 326         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUV422P,
 327         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUV411P,
 328         AV_PIX_FMT_YUV410P,  AV_PIX_FMT_YUV440P,
 329         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 330         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 331         AV_PIX_FMT_YUV444P10,  AV_PIX_FMT_YUV422P10,
 332         AV_PIX_FMT_YUV420P10,
 333         AV_PIX_FMT_YUV444P9,  AV_PIX_FMT_YUV422P9,
 334         AV_PIX_FMT_YUV420P9,
 335         AV_PIX_FMT_GRAY8,
 336         AV_PIX_FMT_GBRP,
 337         AV_PIX_FMT_GBRP9,
 338         AV_PIX_FMT_GBRP10,
 339         AV_PIX_FMT_NONE
 340     };
 341
 342     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 343     if (!fmts_list)
 344         return AVERROR(ENOMEM);
 345     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 346 }
 347
 348 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 349 {
 350     SPPContext *s = inlink->dst->priv;
 351     const int h = FFALIGN(inlink->h + 16, 16);
 352     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 353     const int bps = desc->comp[0].depth;
 354
 355     av_opt_set_int(s->dct, "bits_per_sample", bps, 0);
 356     avcodec_dct_init(s->dct);
 357
 358     if (ARCH_X86)
 359         ff_spp_init_x86(s);
 360
 361     s->hsub = desc->log2_chroma_w;
 362     s->vsub = desc->log2_chroma_h;
 363     s->temp_linesize = FFALIGN(inlink->w + 16, 16);
 364     s->temp = av_malloc_array(s->temp_linesize, h * sizeof(*s->temp));
 365     s->src  = av_malloc_array(s->temp_linesize, h * sizeof(*s->src) * 2);
 366
 367     if (!s->temp || !s->src)
 368         return AVERROR(ENOMEM);
 369     return 0;
 370 }
 371
 372 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 373 {
 374     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 375     SPPContext *s = ctx->priv;
 376     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 377     AVFrame *out = in;
 378     int qp_stride = 0;
 379     int8_t *qp_table = NULL;
 380     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 381     const int depth = desc->comp[0].depth;
 382     int ret = 0;
 383
 384     /* if we are not in a constant user quantizer mode and we don't want to use
 385      * the quantizers from the B-frames (B-frames often have a higher QP), we
 386      * need to save the qp table from the last non B-frame; this is what the
 387      * following code block does */
 388     if (!s->qp && (s->use_bframe_qp || in->pict_type != AV_PICTURE_TYPE_B)) {
 389         ret = ff_qp_table_extract(in, &qp_table, &qp_stride, NULL, &s->qscale_type);
 390         if (ret < 0) {
 391             av_frame_free(&in);
 392             return ret;
 393         }
 394
 395         if (!s->use_bframe_qp && in->pict_type != AV_PICTURE_TYPE_B) {
 396             av_freep(&s->non_b_qp_table);
 397             s->non_b_qp_table  = qp_table;
 398             s->non_b_qp_stride = qp_stride;
 399         }
 400     }
 401
 402     if (s->log2_count && !ctx->is_disabled) {
 403         if (!s->use_bframe_qp && s->non_b_qp_table) {
 404             qp_table  = s->non_b_qp_table;
 405             qp_stride = s->non_b_qp_stride;
 406         }
 407
 408         if (qp_table || s->qp) {
 409             const int cw = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, s->hsub);
 410             const int ch = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, s->vsub);
 411
 412             /* get a new frame if in-place is not possible or if the dimensions
 413              * are not multiple of 8 */
 414             if (!av_frame_is_writable(in) || (inlink->w & 7) || (inlink->h & 7)) {
 415                 const int aligned_w = FFALIGN(inlink->w, 8);
 416                 const int aligned_h = FFALIGN(inlink->h, 8);
 417
 418                 out = ff_get_video_buffer(outlink, aligned_w, aligned_h);
 419                 if (!out) {
 420                     av_frame_free(&in);
 421                     ret = AVERROR(ENOMEM);
 422                     goto finish;
 423                 }
 424                 av_frame_copy_props(out, in);
 425                 out->width  = in->width;
 426                 out->height = in->height;
 427             }
 428
 429             filter(s, out->data[0], in->data[0], out->linesize[0], in->linesize[0], inlink->w, inlink->h, qp_table, qp_stride, 1, depth);
 430
 431             if (out->data[2]) {
 432                 filter(s, out->data[1], in->data[1], out->linesize[1], in->linesize[1], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0, depth);
 433                 filter(s, out->data[2], in->data[2], out->linesize[2], in->linesize[2], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0, depth);
 434             }
 435             emms_c();
 436         }
 437     }
 438
 439     if (in != out) {
 440         if (in->data[3])
 441             av_image_copy_plane(out->data[3], out->linesize[3],
 442                                 in ->data[3], in ->linesize[3],
 443                                 inlink->w, inlink->h);
 444         av_frame_free(&in);
 445     }
 446     ret = ff_filter_frame(outlink, out);
 447 finish:
 448     if (qp_table != s->non_b_qp_table)
 449         av_freep(&qp_table);
 450     return ret;
 451 }
 452
 453 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 454                            char *res, int res_len, int flags)
 455 {
 456     SPPContext *s = ctx->priv;
 457
 458     if (!strcmp(cmd, "level") || !strcmp(cmd, "quality")) {
 459         if (!strcmp(args, "max"))
 460             s->log2_count = MAX_LEVEL;
 461         else
 462             s->log2_count = av_clip(strtol(args, NULL, 10), 0, MAX_LEVEL);
 463         return 0;
 464     }
 465     return AVERROR(ENOSYS);
 466 }
 467
 468 static av_cold int init_dict(AVFilterContext *ctx, AVDictionary **opts)
 469 {
 470     SPPContext *s = ctx->priv;
 471     int ret;
 472
 473     s->dct = avcodec_dct_alloc();
 474     if (!s->dct)
 475         return AVERROR(ENOMEM);
 476
 477     if (opts) {
 478         AVDictionaryEntry *e = NULL;
 479
 480         while ((e = av_dict_get(*opts, "", e, AV_DICT_IGNORE_SUFFIX))) {
 481             if ((ret = av_opt_set(s->dct, e->key, e->value, 0)) < 0)
 482                 return ret;
 483         }
 484         av_dict_free(opts);
 485     }
 486
 487     s->store_slice = store_slice_c;
 488     switch (s->mode) {
 489     case MODE_HARD: s->requantize = hardthresh_c; break;
 490     case MODE_SOFT: s->requantize = softthresh_c; break;
 491     }
 492     return 0;
 493 }
 494
 495 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 496 {
 497     SPPContext *s = ctx->priv;
 498
 499     av_freep(&s->temp);
 500     av_freep(&s->src);
 501     av_freep(&s->dct);
 502     av_freep(&s->non_b_qp_table);
 503 }
 504
 505 static const AVFilterPad spp_inputs[] = {
 506     {
 507         .name         = "default",
 508         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 509         .config_props = config_input,
 510         .filter_frame = filter_frame,
 511     },
 512     { NULL }
 513 };
 514
 515 static const AVFilterPad spp_outputs[] = {
 516     {
 517         .name = "default",
 518         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 519     },
 520     { NULL }
 521 };
 522
 523 AVFilter ff_vf_spp = {
 524     .name            = "spp",
 525     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a simple post processing filter."),
 526     .priv_size       = sizeof(SPPContext),
 527     .init_dict       = init_dict,
 528     .uninit          = uninit,
 529     .query_formats   = query_formats,
 530     .inputs          = spp_inputs,
 531     .outputs         = spp_outputs,
 532     .process_command = process_command,
 533     .priv_class      = &spp_class,
 534     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 535 };