Fix a typo.
[movit] / colorspace_conversion_effect.cpp
1 #include <assert.h>
2
3 #include "colorspace_conversion_effect.h"
4 #include "util.h"
5
6 // Color coordinates from Rec. 709; sRGB uses the same primaries.
7 double rec709_x_R = 0.640,  rec709_x_G = 0.300,  rec709_x_B = 0.150;
8 double rec709_y_R = 0.330,  rec709_y_G = 0.600,  rec709_y_B = 0.060;
9
10 // Color coordinates from Rec. 601. (Separate for 525- and 625-line systems.)
11 double rec601_525_x_R = 0.630, rec601_525_x_G = 0.310, rec601_525_x_B = 0.155;
12 double rec601_525_y_R = 0.340, rec601_525_y_G = 0.595, rec601_525_y_B = 0.070;
13 double rec601_625_x_R = 0.640, rec601_625_x_G = 0.290, rec601_625_x_B = 0.150;
14 double rec601_625_y_R = 0.330, rec601_625_y_G = 0.600, rec601_625_y_B = 0.060;
15
16 // The D65 white point. Given in both Rec. 601 and 709.
17 double d65_x = 0.3127, d65_y = 0.3290;
18
19 ColorSpaceConversionEffect::ColorSpaceConversionEffect()
20         : source_space(COLORSPACE_sRGB),
21           destination_space(COLORSPACE_sRGB)
22 {
23         register_int("source_space", (int *)&source_space);
24         register_int("destination_space", (int *)&destination_space);
25 }
26
27 void get_xyz_matrix(ColorSpace space, Matrix3x3 m)
28 {
29         if (space == COLORSPACE_XYZ) {
30                 m[0] = 1.0f; m[3] = 0.0f; m[6] = 0.0f;
31                 m[1] = 0.0f; m[4] = 1.0f; m[7] = 0.0f;
32                 m[2] = 0.0f; m[5] = 0.0f; m[8] = 1.0f;
33                 return;
34         }
35
36         double x_R, x_G, x_B;
37         double y_R, y_G, y_B;
38
39         switch (space) {
40         case COLORSPACE_REC_709:  // And sRGB.
41                 x_R = rec709_x_R; x_G = rec709_x_G; x_B = rec709_x_B;
42                 y_R = rec709_y_R; y_G = rec709_y_G; y_B = rec709_y_B;
43                 break;
44         case COLORSPACE_REC_601_525:
45                 x_R = rec601_525_x_R; x_G = rec601_525_x_G; x_B = rec601_525_x_B;
46                 y_R = rec601_525_y_R; y_G = rec601_525_y_G; y_B = rec601_525_y_B;
47                 break;
48         case COLORSPACE_REC_601_625:
49                 x_R = rec601_625_x_R; x_G = rec601_625_x_G; x_B = rec601_625_x_B;
50                 y_R = rec601_625_y_R; y_G = rec601_625_y_G; y_B = rec601_625_y_B;
51                 break;
52         default:
53                 assert(false);
54         }
55
56         // Recover z = 1 - x - y.
57         double z_R = 1.0 - x_R - y_R;
58         double z_G = 1.0 - x_G - y_G;
59         double z_B = 1.0 - x_B - y_B;
60
61         // Find the XYZ coordinates of D65 (white point for both Rec. 601 and 709),
62         // normalized so that Y=1.
63         double d65_X = d65_x / d65_y;
64         double d65_Y = 1.0;
65         double d65_Z = (1.0 - d65_x - d65_y) / d65_y;
66
67         // We have, for each primary (example is with red):
68         //
69         //   X_R / (X_R + Y_R + Z_R) = x_R
70         //   Y_R / (X_R + Y_R + Z_R) = y_R
71         //   Z_R / (X_R + Y_R + Z_R) = z_R
72         //
73         // Some algebraic fiddling yields (unsurprisingly):
74         //
75         //   X_R = (x_R / y_R) Y_R
76         //   Z_R = (z_R / y_R) Y_R
77         //
78         // We also know that since RGB=(1,1,1) should give us the
79         // D65 illuminant, we must have
80         //
81         //   X_R + X_G + X_B = D65_X
82         //   Y_R + Y_G + Y_B = D65_Y
83         //   Z_R + Z_G + Z_B = D65_Z
84         //
85         // But since we already know how to express Y and Z by
86         // some constant multiple of X, this reduces to
87         //
88         //   k1 Y_R + k2 Y_G + k3 Y_B = D65_X
89         //      Y_R +    Y_G +    Y_B = D65_Y
90         //   k4 Y_R + k5 Y_G + k6 Y_B = D65_Z
91         //
92         // Which we can solve for (Y_R, Y_G, Y_B) by inverting a 3x3 matrix.
93
94         Matrix3x3 temp, inverted;
95         temp[0] = x_R / y_R;
96         temp[3] = x_G / y_G;
97         temp[6] = x_B / y_B;
98
99         temp[1] = 1.0;
100         temp[4] = 1.0;
101         temp[7] = 1.0;
102
103         temp[2] = z_R / y_R;
104         temp[5] = z_G / y_G;
105         temp[8] = z_B / y_B;
106
107         invert_3x3_matrix(temp, inverted);
108         float Y_R, Y_G, Y_B;
109         multiply_3x3_matrix_float3(inverted, d65_X, d65_Y, d65_Z, &Y_R, &Y_G, &Y_B);
110
111         // Now convert xyY -> XYZ.
112         double X_R = temp[0] * Y_R;
113         double Z_R = temp[2] * Y_R;
114         double X_G = temp[3] * Y_G;
115         double Z_G = temp[5] * Y_G;
116         double X_B = temp[6] * Y_B;
117         double Z_B = temp[8] * Y_B;
118
119         m[0] = X_R; m[3] = X_G; m[6] = X_B;
120         m[1] = Y_R; m[4] = Y_G; m[7] = Y_B;
121         m[2] = Z_R; m[5] = Z_G; m[8] = Z_B;
122 }
123
124 std::string ColorSpaceConversionEffect::output_fragment_shader()
125 {
126         // Create a matrix to convert from source space -> XYZ,
127         // another matrix to convert from XYZ -> destination space,
128         // and then concatenate the two.
129         //
130         // Since we right-multiply the RGB column vector, the matrix
131         // concatenation order needs to be the opposite of the operation order.
132         Matrix3x3 m;
133
134         Matrix3x3 source_space_to_xyz;
135         Matrix3x3 destination_space_to_xyz;
136         Matrix3x3 xyz_to_destination_space;
137
138         get_xyz_matrix(source_space, source_space_to_xyz);
139         get_xyz_matrix(destination_space, destination_space_to_xyz);
140         invert_3x3_matrix(destination_space_to_xyz, xyz_to_destination_space);
141         
142         multiply_3x3_matrices(xyz_to_destination_space, source_space_to_xyz, m);
143
144         char buf[1024];
145         sprintf(buf,
146                 "const mat3 PREFIX(conversion_matrix) = mat3(\n"
147                 "    %.8f, %.8f, %.8f,\n"
148                 "    %.8f, %.8f, %.8f,\n"
149                 "    %.8f, %.8f, %.8f);\n\n",
150                 m[0], m[1], m[2],
151                 m[3], m[4], m[5],
152                 m[6], m[7], m[8]);
153         return buf + read_file("colorspace_conversion_effect.frag");
154 }