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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2019 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/avstring.h"
  22 #include "libavutil/imgutils.h"
  23 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  24 #include "libavutil/opt.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26 #include "libavutil/qsort.h"
  27
  28 #include "avfilter.h"
  29 #include "formats.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "framesync.h"
  32 #include "video.h"
  33
  34 typedef struct XMedianContext {
  35     const AVClass *class;
  36     const AVPixFmtDescriptor *desc;
  37     int nb_inputs;
  38     int nb_frames;
  39     int planes;
  40     float percentile;
  41
  42     int tmedian;
  43     int radius;
  44     int index;
  45     int depth;
  46     int max;
  47     int nb_planes;
  48     int linesize[4];
  49     int width[4];
  50     int height[4];
  51
  52     AVFrame **frames;
  53     FFFrameSync fs;
  54
  55     int (*median_frames)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
  56 } XMedianContext;
  57
  58 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  59 {
  60     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts[] = {
  61         AV_PIX_FMT_GRAY8,
  62         AV_PIX_FMT_GRAY9,
  63         AV_PIX_FMT_GRAY10,
  64         AV_PIX_FMT_GRAY12,
  65         AV_PIX_FMT_GRAY14,
  66         AV_PIX_FMT_GRAY16,
  67         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
  68         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
  69         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
  70         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
  71         AV_PIX_FMT_YUVJ440P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
  72         AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
  73         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  74         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  75         AV_PIX_FMT_YUV440P10,
  76         AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
  77         AV_PIX_FMT_YUV440P12,
  78         AV_PIX_FMT_YUV444P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV420P14,
  79         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
  80         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
  81         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
  82         AV_PIX_FMT_YUVA420P,  AV_PIX_FMT_YUVA422P,   AV_PIX_FMT_YUVA444P,
  83         AV_PIX_FMT_YUVA444P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
  84         AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA422P16,
  85         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA420P16,
  86         AV_PIX_FMT_GBRAP,     AV_PIX_FMT_GBRAP10,    AV_PIX_FMT_GBRAP12,    AV_PIX_FMT_GBRAP16,
  87         AV_PIX_FMT_NONE
  88     };
  89     AVFilterFormats *formats = ff_make_format_list(pixel_fmts);
  90     if (!formats)
  91         return AVERROR(ENOMEM);
  92     return ff_set_common_formats(ctx, formats);
  93 }
  94
  95 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  96 {
  97     XMedianContext *s = ctx->priv;
  98     int ret;
  99
 100     s->tmedian = !strcmp(ctx->filter->name, "tmedian");
 101
 102     if (!s->tmedian) {
 103         s->radius = s->nb_inputs / 2;
 104     } else {
 105         s->nb_inputs = s->radius * 2 + 1;
 106     }
 107
 108     if (s->nb_inputs & 1)
 109         s->index = s->radius * 2.f * s->percentile;
 110     else
 111         s->index = av_clip(s->radius * 2.f * s->percentile, 1, s->nb_inputs - 1);
 112     s->frames = av_calloc(s->nb_inputs, sizeof(*s->frames));
 113     if (!s->frames)
 114         return AVERROR(ENOMEM);
 115
 116     for (int i = 0; i < s->nb_inputs && !s->tmedian; i++) {
 117         AVFilterPad pad = { 0 };
 118
 119         pad.type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO;
 120         pad.name = av_asprintf("input%d", i);
 121         if (!pad.name)
 122             return AVERROR(ENOMEM);
 123
 124         if ((ret = ff_insert_inpad(ctx, i, &pad)) < 0) {
 125             av_freep(&pad.name);
 126             return ret;
 127         }
 128     }
 129
 130     return 0;
 131 }
 132
 133 typedef struct ThreadData {
 134     AVFrame **in, *out;
 135 } ThreadData;
 136
 137 static int comparei(const void *p1, const void *p2)
 138 {
 139     int left  = *(const int *)p1;
 140     int right = *(const int *)p2;
 141     return FFDIFFSIGN(left, right);
 142 }
 143
 144 static int median_frames16(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 145 {
 146     XMedianContext *s = ctx->priv;
 147     ThreadData *td = arg;
 148     AVFrame **in = td->in;
 149     AVFrame *out = td->out;
 150     const int nb_inputs = s->nb_inputs;
 151     const int radius = s->radius;
 152     const int index = s->index;
 153     int values[256];
 154
 155     for (int p = 0; p < s->nb_planes; p++) {
 156         const int slice_start = (s->height[p] * jobnr) / nb_jobs;
 157         const int slice_end = (s->height[p] * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 158         uint16_t *dst = (uint16_t *)(out->data[p] + slice_start * out->linesize[p]);
 159
 160         if (!((1 << p) & s->planes)) {
 161             av_image_copy_plane((uint8_t *)dst, out->linesize[p],
 162                                 in[radius]->data[p] + slice_start * in[radius]->linesize[p],
 163                                 in[radius]->linesize[p],
 164                                 s->linesize[p], slice_end - slice_start);
 165             continue;
 166         }
 167
 168         for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 169             for (int x = 0; x < s->width[p]; x++) {
 170                 for (int i = 0; i < nb_inputs; i++) {
 171                     const uint16_t *src = (const uint16_t *)(in[i]->data[p] + y * in[i]->linesize[p]);
 172                     values[i] = src[x];
 173                 }
 174
 175                 AV_QSORT(values, nb_inputs, int, comparei);
 176                 if (nb_inputs & 1)
 177                     dst[x] = values[index];
 178                 else
 179                     dst[x] = (values[index] + values[index - 1]) >> 1;
 180             }
 181
 182             dst += out->linesize[p] / 2;
 183         }
 184     }
 185
 186     return 0;
 187 }
 188
 189 static int median_frames8(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 190 {
 191     XMedianContext *s = ctx->priv;
 192     ThreadData *td = arg;
 193     AVFrame **in = td->in;
 194     AVFrame *out = td->out;
 195     const int nb_inputs = s->nb_inputs;
 196     const int radius = s->radius;
 197     const int index = s->index;
 198     int values[256];
 199
 200     for (int p = 0; p < s->nb_planes; p++) {
 201         const int slice_start = (s->height[p] * jobnr) / nb_jobs;
 202         const int slice_end = (s->height[p] * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 203         uint8_t *dst = out->data[p] + slice_start * out->linesize[p];
 204
 205         if (!((1 << p) & s->planes)) {
 206             av_image_copy_plane(dst, out->linesize[p],
 207                                 in[radius]->data[p] + slice_start * in[radius]->linesize[p],
 208                                 in[radius]->linesize[p],
 209                                 s->linesize[p], slice_end - slice_start);
 210             continue;
 211         }
 212
 213         for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 214             for (int x = 0; x < s->width[p]; x++) {
 215                 for (int i = 0; i < nb_inputs; i++)
 216                     values[i] = in[i]->data[p][y * in[i]->linesize[p] + x];
 217
 218                 AV_QSORT(values, nb_inputs, int, comparei);
 219                 if (nb_inputs & 1)
 220                     dst[x] = values[index];
 221                 else
 222                     dst[x] = (values[index] + values[index - 1]) >> 1;
 223             }
 224
 225             dst += out->linesize[p];
 226         }
 227     }
 228
 229     return 0;
 230 }
 231
 232 static int process_frame(FFFrameSync *fs)
 233 {
 234     AVFilterContext *ctx = fs->parent;
 235     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 236     XMedianContext *s = fs->opaque;
 237     AVFrame **in = s->frames;
 238     AVFrame *out;
 239     ThreadData td;
 240     int i, ret;
 241
 242     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 243         if ((ret = ff_framesync_get_frame(&s->fs, i, &in[i], 0)) < 0)
 244             return ret;
 245     }
 246
 247     if (ctx->is_disabled) {
 248         out = av_frame_clone(in[0]);
 249     } else {
 250         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 251     }
 252     if (!out)
 253         return AVERROR(ENOMEM);
 254     out->pts = av_rescale_q(s->fs.pts, s->fs.time_base, outlink->time_base);
 255
 256     if (!ctx->is_disabled) {
 257         td.in = in;
 258         td.out = out;
 259         ctx->internal->execute(ctx, s->median_frames, &td, NULL, FFMIN(s->height[1], ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 260     }
 261
 262     return ff_filter_frame(outlink, out);
 263 }
 264
 265 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 266 {
 267     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 268     XMedianContext *s = ctx->priv;
 269     AVRational frame_rate = ctx->inputs[0]->frame_rate;
 270     AVRational sar = ctx->inputs[0]->sample_aspect_ratio;
 271     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 272     int height = ctx->inputs[0]->h;
 273     int width = ctx->inputs[0]->w;
 274     FFFrameSyncIn *in;
 275     int i, ret;
 276
 277     for (int i = 1; i < s->nb_inputs && !s->tmedian; i++) {
 278         if (ctx->inputs[i]->h != height || ctx->inputs[i]->w != width) {
 279             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Input %d size (%dx%d) does not match input %d size (%dx%d).\n", i, ctx->inputs[i]->w, ctx->inputs[i]->h, 0, width, height);
 280             return AVERROR(EINVAL);
 281         }
 282     }
 283
 284     s->desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 285     if (!s->desc)
 286         return AVERROR_BUG;
 287     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(outlink->format);
 288     s->depth = s->desc->comp[0].depth;
 289     s->max = (1 << s->depth) - 1;
 290
 291     if (s->depth <= 8)
 292         s->median_frames = median_frames8;
 293     else
 294         s->median_frames = median_frames16;
 295
 296     if ((ret = av_image_fill_linesizes(s->linesize, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 297         return ret;
 298
 299     s->width[1] = s->width[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, s->desc->log2_chroma_w);
 300     s->width[0] = s->width[3] = inlink->w;
 301     s->height[1] = s->height[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, s->desc->log2_chroma_h);
 302     s->height[0] = s->height[3] = inlink->h;
 303
 304     if (s->tmedian)
 305         return 0;
 306
 307     outlink->w          = width;
 308     outlink->h          = height;
 309     outlink->frame_rate = frame_rate;
 310     outlink->sample_aspect_ratio = sar;
 311
 312     if ((ret = ff_framesync_init(&s->fs, ctx, s->nb_inputs)) < 0)
 313         return ret;
 314
 315     in = s->fs.in;
 316     s->fs.opaque = s;
 317     s->fs.on_event = process_frame;
 318
 319     for (i = 0; i < s->nb_inputs; i++) {
 320         AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[i];
 321
 322         in[i].time_base = inlink->time_base;
 323         in[i].sync   = 1;
 324         in[i].before = EXT_STOP;
 325         in[i].after  = EXT_INFINITY;
 326     }
 327
 328     ret = ff_framesync_configure(&s->fs);
 329     outlink->time_base = s->fs.time_base;
 330
 331     return ret;
 332 }
 333
 334 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 335 {
 336     XMedianContext *s = ctx->priv;
 337
 338     ff_framesync_uninit(&s->fs);
 339
 340     for (int i = 0; i < ctx->nb_inputs && !s->tmedian; i++)
 341         av_freep(&ctx->input_pads[i].name);
 342     for (int i = 0; i < s->nb_frames && s->frames && s->tmedian; i++)
 343         av_frame_free(&s->frames[i]);
 344     av_freep(&s->frames);
 345 }
 346
 347 static int activate(AVFilterContext *ctx)
 348 {
 349     XMedianContext *s = ctx->priv;
 350     return ff_framesync_activate(&s->fs);
 351 }
 352
 353 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 354                            char *res, int res_len, int flags)
 355 {
 356     XMedianContext *s = ctx->priv;
 357     int ret;
 358
 359     ret = ff_filter_process_command(ctx, cmd, args, res, res_len, flags);
 360     if (ret < 0)
 361         return ret;
 362
 363     if (s->nb_inputs & 1)
 364         s->index = s->radius * 2.f * s->percentile;
 365     else
 366         s->index = av_clip(s->radius * 2.f * s->percentile, 1, s->nb_inputs - 1);
 367
 368     return 0;
 369 }
 370
 371 #define OFFSET(x) offsetof(XMedianContext, x)
 372 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
 373 #define TFLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM | AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
 374
 375 static const AVOption xmedian_options[] = {
 376     { "inputs", "set number of inputs", OFFSET(nb_inputs), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=3},  3, 255, .flags = FLAGS },
 377     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes),    AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=15}, 0,  15, .flags =TFLAGS },
 378     { "percentile", "set percentile",   OFFSET(percentile),AV_OPT_TYPE_FLOAT,{.dbl=0.5}, 0, 1, .flags =TFLAGS },
 379     { NULL },
 380 };
 381
 382 static const AVFilterPad outputs[] = {
 383     {
 384         .name          = "default",
 385         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 386         .config_props  = config_output,
 387     },
 388     { NULL }
 389 };
 390
 391 #if CONFIG_XMEDIAN_FILTER
 392 FRAMESYNC_DEFINE_CLASS(xmedian, XMedianContext, fs);
 393
 394 const AVFilter ff_vf_xmedian = {
 395     .name          = "xmedian",
 396     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Pick median pixels from several video inputs."),
 397     .priv_size     = sizeof(XMedianContext),
 398     .priv_class    = &xmedian_class,
 399     .query_formats = query_formats,
 400     .outputs       = outputs,
 401     .preinit       = xmedian_framesync_preinit,
 402     .init          = init,
 403     .uninit        = uninit,
 404     .activate      = activate,
 405     .flags         = AVFILTER_FLAG_DYNAMIC_INPUTS | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS |
 406                      AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 407     .process_command = process_command,
 408 };
 409
 410 #endif /* CONFIG_XMEDIAN_FILTER */
 411
 412 #if CONFIG_TMEDIAN_FILTER
 413 static int tmedian_filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 414 {
 415     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 416     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 417     XMedianContext *s = ctx->priv;
 418     ThreadData td;
 419     AVFrame *out;
 420
 421     if (s->nb_frames < s->nb_inputs) {
 422         s->frames[s->nb_frames] = in;
 423         s->nb_frames++;
 424         if (s->nb_frames < s->nb_inputs)
 425             return 0;
 426     } else {
 427         av_frame_free(&s->frames[0]);
 428         memmove(&s->frames[0], &s->frames[1], sizeof(*s->frames) * (s->nb_inputs - 1));
 429         s->frames[s->nb_inputs - 1] = in;
 430     }
 431
 432     if (ctx->is_disabled) {
 433         out = av_frame_clone(s->frames[0]);
 434         if (!out)
 435             return AVERROR(ENOMEM);
 436         return ff_filter_frame(outlink, out);
 437     }
 438
 439     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 440     if (!out)
 441         return AVERROR(ENOMEM);
 442     out->pts = s->frames[0]->pts;
 443
 444     td.out = out;
 445     td.in = s->frames;
 446     ctx->internal->execute(ctx, s->median_frames, &td, NULL, FFMIN(s->height[0], ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 447
 448     return ff_filter_frame(outlink, out);
 449 }
 450
 451 static const AVOption tmedian_options[] = {
 452     { "radius",     "set median filter radius", OFFSET(radius),     AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=1},   1, 127, .flags = FLAGS },
 453     { "planes",     "set planes to filter",     OFFSET(planes),     AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=15},  0,  15, .flags =TFLAGS },
 454     { "percentile", "set percentile",           OFFSET(percentile), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0,   1, .flags =TFLAGS },
 455     { NULL },
 456 };
 457
 458 static const AVFilterPad tmedian_inputs[] = {
 459     {
 460         .name          = "default",
 461         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 462         .filter_frame  = tmedian_filter_frame,
 463     },
 464     { NULL }
 465 };
 466
 467 static const AVFilterPad tmedian_outputs[] = {
 468     {
 469         .name          = "default",
 470         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 471         .config_props  = config_output,
 472     },
 473     { NULL }
 474 };
 475
 476 AVFILTER_DEFINE_CLASS(tmedian);
 477
 478 const AVFilter ff_vf_tmedian = {
 479     .name          = "tmedian",
 480     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Pick median pixels from successive frames."),
 481     .priv_size     = sizeof(XMedianContext),
 482     .priv_class    = &tmedian_class,
 483     .query_formats = query_formats,
 484     .inputs        = tmedian_inputs,
 485     .outputs       = tmedian_outputs,
 486     .init          = init,
 487     .uninit        = uninit,
 488     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 489     .process_command = process_command,
 490 };
 491
 492 #endif /* CONFIG_TMEDIAN_FILTER */