]> git.sesse.net Git - movit/blob - effect_chain.h
Add support for Y'CbCr output.
[movit] / effect_chain.h
1 #ifndef _MOVIT_EFFECT_CHAIN_H
2 #define _MOVIT_EFFECT_CHAIN_H 1
3
4 // An EffectChain is the largest basic entity in Movit; it contains everything
5 // needed to connects a series of effects, from inputs to outputs, and render
6 // them. Generally you set up your effect chain once and then call its render
7 // functions once per frame; setting one up can be relatively expensive,
8 // but rendering is fast.
9 //
10 // Threading considerations: EffectChain is “thread-compatible”; you can use
11 // different EffectChains in multiple threads at the same time (assuming the
12 // threads do not use the same OpenGL context, but this is a good idea anyway),
13 // but you may not use one EffectChain from multiple threads simultaneously.
14 // You _are_ allowed to use one EffectChain from multiple threads as long as
15 // you only use it from one at a time (possibly by doing your own locking),
16 // but if so, the threads' contexts need to be set up to share resources, since
17 // the EffectChain holds textures and other OpenGL objects that are tied to the
18 // context.
19 //
20 // Memory management (only relevant if you use multiple contexts):
21 // See corresponding comment in resource_pool.h. This holds even if you don't
22 // allocate your own ResourcePool, but let EffectChain hold its own.
23
24 #include <epoxy/gl.h>
25 #include <stdio.h>
26 #include <map>
27 #include <set>
28 #include <string>
29 #include <vector>
30
31 #include "image_format.h"
32 #include "ycbcr.h"
33
34 namespace movit {
35
36 class Effect;
37 class Input;
38 struct Phase;
39 class ResourcePool;
40
41 // For internal use within Node.
42 enum AlphaType {
43         ALPHA_INVALID = -1,
44         ALPHA_BLANK,
45         ALPHA_PREMULTIPLIED,
46         ALPHA_POSTMULTIPLIED,
47 };
48
49 // Whether you want pre- or postmultiplied alpha in the output
50 // (see effect.h for a discussion of pre- versus postmultiplied alpha).
51 enum OutputAlphaFormat {
52         OUTPUT_ALPHA_FORMAT_PREMULTIPLIED,
53         OUTPUT_ALPHA_FORMAT_POSTMULTIPLIED,
54 };
55
56 // A node in the graph; basically an effect and some associated information.
57 class Node {
58 public:
59         Effect *effect;
60         bool disabled;
61
62         // Edges in the graph (forward and backward).
63         std::vector<Node *> outgoing_links;
64         std::vector<Node *> incoming_links;
65
66         // For unit tests only. Do not use from other code.
67         // Will contain an arbitrary choice if the node is in multiple phases.
68         Phase *containing_phase;
69
70 private:
71         // Logical size of the output of this effect, ie. the resolution
72         // you would get if you sampled it as a texture. If it is undefined
73         // (since the inputs differ in resolution), it will be 0x0.
74         // If both this and output_texture_{width,height} are set,
75         // they will be equal.
76         unsigned output_width, output_height;
77
78         // If the effect has is_single_texture(), or if the output went to RTT
79         // and that texture has been bound to a sampler, the sampler number
80         // will be stored here.
81         //
82         // TODO: Can an RTT texture be used as inputs to multiple effects
83         // within the same phase? If so, we have a problem with modifying
84         // sampler state here.
85         int bound_sampler_num;
86
87         // Used during the building of the effect chain.
88         Colorspace output_color_space;
89         GammaCurve output_gamma_curve;
90         AlphaType output_alpha_type;
91         bool needs_mipmaps;  // Directly or indirectly.
92
93         // Set if this effect, and all effects consuming output from this node
94         // (in the same phase) have one_to_one_sampling() set.
95         bool one_to_one_sampling;
96
97         friend class EffectChain;
98 };
99
100 // A rendering phase; a single GLSL program rendering a single quad.
101 struct Phase {
102         Node *output_node;
103
104         GLuint glsl_program_num;  // Owned by the resource_pool.
105         bool input_needs_mipmaps;
106
107         // Inputs are only inputs from other phases (ie., those that come from RTT);
108         // input textures are counted as part of <effects>.
109         std::vector<Phase *> inputs;
110         std::vector<Node *> effects;  // In order.
111         unsigned output_width, output_height, virtual_output_width, virtual_output_height;
112
113         // Identifier used to create unique variables in GLSL.
114         // Unique per-phase to increase cacheability of compiled shaders.
115         std::map<Node *, std::string> effect_ids;
116
117         // For measurement of GPU time used.
118         GLuint timer_query_object;
119         uint64_t time_elapsed_ns;
120         uint64_t num_measured_iterations;
121 };
122
123 class EffectChain {
124 public:
125         // Aspect: e.g. 16.0f, 9.0f for 16:9.
126         // resource_pool is a pointer to a ResourcePool with which to share shaders
127         // and other resources (see resource_pool.h). If NULL (the default),
128         // will create its own that is not shared with anything else. Does not take
129         // ownership of the passed-in ResourcePool, but will naturally take ownership
130         // of its own internal one if created.
131         EffectChain(float aspect_nom, float aspect_denom, ResourcePool *resource_pool = NULL);
132         ~EffectChain();
133
134         // User API:
135         // input, effects, output, finalize need to come in that specific order.
136
137         // EffectChain takes ownership of the given input.
138         // input is returned back for convenience.
139         Input *add_input(Input *input);
140
141         // EffectChain takes ownership of the given effect.
142         // effect is returned back for convenience.
143         Effect *add_effect(Effect *effect) {
144                 return add_effect(effect, last_added_effect());
145         }
146         Effect *add_effect(Effect *effect, Effect *input) {
147                 std::vector<Effect *> inputs;
148                 inputs.push_back(input);
149                 return add_effect(effect, inputs);
150         }
151         Effect *add_effect(Effect *effect, Effect *input1, Effect *input2) {
152                 std::vector<Effect *> inputs;
153                 inputs.push_back(input1);
154                 inputs.push_back(input2);
155                 return add_effect(effect, inputs);
156         }
157         Effect *add_effect(Effect *effect, Effect *input1, Effect *input2, Effect *input3) {
158                 std::vector<Effect *> inputs;
159                 inputs.push_back(input1);
160                 inputs.push_back(input2);
161                 inputs.push_back(input3);
162                 return add_effect(effect, inputs);
163         }
164         Effect *add_effect(Effect *effect, const std::vector<Effect *> &inputs);
165
166         // Adds an RGB output. Note that you can only have one output.
167         void add_output(const ImageFormat &format, OutputAlphaFormat alpha_format);
168
169         // Adds an YCbCr output. Note that you can only have one output.
170         // Currently, only chunked packed output is supported, and only 4:4:4
171         // (so chroma_subsampling_x and chroma_subsampling_y must both be 1).
172         void add_ycbcr_output(const ImageFormat &format, OutputAlphaFormat alpha_format,
173                               const YCbCrFormat &ycbcr_format);
174
175         // Set number of output bits, to scale the dither.
176         // 8 is the right value for most outputs.
177         // The default, 0, is a special value that means no dither.
178         void set_dither_bits(unsigned num_bits)
179         {
180                 this->num_dither_bits = num_bits;
181         }
182
183         void finalize();
184
185         // Measure the GPU time used for each actual phase during rendering.
186         // Note that this is only available if GL_ARB_timer_query
187         // (or, equivalently, OpenGL 3.3) is available. Also note that measurement
188         // will incur a performance cost, as we wait for the measurements to
189         // complete at the end of rendering.
190         void enable_phase_timing(bool enable);
191         void reset_phase_timing();
192         void print_phase_timing();
193
194         //void render(unsigned char *src, unsigned char *dst);
195         void render_to_screen()
196         {
197                 render_to_fbo(0, 0, 0);
198         }
199
200         // Render the effect chain to the given FBO. If width=height=0, keeps
201         // the current viewport.
202         void render_to_fbo(GLuint fbo, unsigned width, unsigned height);
203
204         Effect *last_added_effect() {
205                 if (nodes.empty()) {
206                         return NULL;
207                 } else {
208                         return nodes.back()->effect;
209                 }       
210         }
211
212         // API for manipulating the graph directly. Intended to be used from
213         // effects and by EffectChain itself.
214         //
215         // Note that for nodes with multiple inputs, the order of calls to
216         // connect_nodes() will matter.
217         Node *add_node(Effect *effect);
218         void connect_nodes(Node *sender, Node *receiver);
219         void replace_receiver(Node *old_receiver, Node *new_receiver);
220         void replace_sender(Node *new_sender, Node *receiver);
221         void insert_node_between(Node *sender, Node *middle, Node *receiver);
222         Node *find_node_for_effect(Effect *effect) { return node_map[effect]; }
223
224         // Get the OpenGL sampler (GL_TEXTURE0, GL_TEXTURE1, etc.) for the
225         // input of the given node, so that one can modify the sampler state
226         // directly. Only valid to call during set_gl_state().
227         //
228         // Also, for this to be allowed, <node>'s effect must have
229         // needs_texture_bounce() set, so that it samples directly from a
230         // single-sampler input, or from an RTT texture.
231         GLenum get_input_sampler(Node *node, unsigned input_num) const;
232
233         // Get the current resource pool assigned to this EffectChain.
234         // Primarily to let effects allocate textures as needed.
235         // Any resources you get from the pool must be returned to the pool
236         // no later than in the Effect's destructor.
237         ResourcePool *get_resource_pool() { return resource_pool; }
238
239 private:
240         // Make sure the output rectangle is at least large enough to hold
241         // the given input rectangle in both dimensions, and is of the
242         // current aspect ratio (aspect_nom/aspect_denom).
243         void size_rectangle_to_fit(unsigned width, unsigned height, unsigned *output_width, unsigned *output_height);
244
245         // Compute the input sizes for all inputs for all effects in a given phase,
246         // and inform the effects about the results.    
247         void inform_input_sizes(Phase *phase);
248
249         // Determine the preferred output size of a given phase.
250         // Requires that all input phases (if any) already have output sizes set.
251         void find_output_size(Phase *phase);
252
253         // Find all inputs eventually feeding into this effect that have
254         // output gamma different from GAMMA_LINEAR.
255         void find_all_nonlinear_inputs(Node *effect, std::vector<Node *> *nonlinear_inputs);
256
257         // Create a GLSL program computing the effects for this phase in order.
258         void compile_glsl_program(Phase *phase);
259
260         // Create all GLSL programs needed to compute the given effect, and all outputs
261         // that depend on it (whenever possible). Returns the phase that has <output>
262         // as the last effect. Also pushes all phases in order onto <phases>.
263         Phase *construct_phase(Node *output, std::map<Node *, Phase *> *completed_effects);
264
265         // Execute one phase, ie. set up all inputs, effects and outputs, and render the quad.
266         void execute_phase(Phase *phase, bool last_phase, std::map<Phase *, GLuint> *output_textures, std::set<Phase *> *generated_mipmaps);
267
268         // Set up the given sampler number for sampling from an RTT texture,
269         // and bind it to "tex_" plus the given GLSL variable.
270         void setup_rtt_sampler(GLuint glsl_program_num, int sampler_num, const std::string &effect_id, bool use_mipmaps);
271
272         // Output the current graph to the given file in a Graphviz-compatible format;
273         // only useful for debugging.
274         void output_dot(const char *filename);
275         std::vector<std::string> get_labels_for_edge(const Node *from, const Node *to);
276         void output_dot_edge(FILE *fp,
277                              const std::string &from_node_id,
278                              const std::string &to_node_id,
279                              const std::vector<std::string> &labels);
280
281         // Some of the graph algorithms assume that the nodes array is sorted
282         // topologically (inputs are always before outputs), but some operations
283         // (like graph rewriting) can change that. This function restores that order.
284         void sort_all_nodes_topologically();
285
286         // Do the actual topological sort. <nodes> must be a connected, acyclic subgraph;
287         // links that go to nodes not in the set will be ignored.
288         std::vector<Node *> topological_sort(const std::vector<Node *> &nodes);
289
290         // Utility function used by topological_sort() to do a depth-first search.
291         // The reason why we store nodes left to visit instead of a more conventional
292         // list of nodes to visit is that we want to be able to limit ourselves to
293         // a subgraph instead of all nodes. The set thus serves a dual purpose.
294         void topological_sort_visit_node(Node *node, std::set<Node *> *nodes_left_to_visit, std::vector<Node *> *sorted_list);
295
296         // Used during finalize().
297         void find_color_spaces_for_inputs();
298         void propagate_alpha();
299         void propagate_gamma_and_color_space();
300         Node *find_output_node();
301
302         bool node_needs_colorspace_fix(Node *node);
303         void fix_internal_color_spaces();
304         void fix_output_color_space();
305
306         bool node_needs_alpha_fix(Node *node);
307         void fix_internal_alpha(unsigned step);
308         void fix_output_alpha();
309
310         bool node_needs_gamma_fix(Node *node);
311         void fix_internal_gamma_by_asking_inputs(unsigned step);
312         void fix_internal_gamma_by_inserting_nodes(unsigned step);
313         void fix_output_gamma();
314         void add_ycbcr_conversion_if_needed();
315         void add_dither_if_needed();
316
317         float aspect_nom, aspect_denom;
318         ImageFormat output_format;
319         OutputAlphaFormat output_alpha_format;
320
321         enum OutputColorType { OUTPUT_COLOR_RGB, OUTPUT_COLOR_YCBCR };
322         OutputColorType output_color_type;
323         YCbCrFormat output_ycbcr_format;  // If output_color_type == OUTPUT_COLOR_YCBCR.
324
325         std::vector<Node *> nodes;
326         std::map<Effect *, Node *> node_map;
327         Effect *dither_effect;
328
329         std::vector<Input *> inputs;  // Also contained in nodes.
330         std::vector<Phase *> phases;
331
332         unsigned num_dither_bits;
333         bool finalized;
334
335         ResourcePool *resource_pool;
336         bool owns_resource_pool;
337
338         bool do_phase_timing;
339 };
340
341 }  // namespace movit
342
343 #endif // !defined(_MOVIT_EFFECT_CHAIN_H)