git.sesse.net Git - movit/blob - resample_effect.cpp

   1 // Three-lobed Lanczos, the most common choice.
   2 #define LANCZOS_RADIUS 3.0
   3
   4 #include <math.h>
   5 #include <assert.h>
   6
   7 #include "resample_effect.h"
   8 #include "effect_chain.h"
   9 #include "util.h"
  10 #include "opengl.h"
  11
  12 namespace {
  13
  14 float sinc(float x)
  15 {
  16         if (fabs(x) < 1e-6) {
  17                 return 1.0f - fabs(x);
  18         } else {
  19                 return sin(x) / x;
  20         }
  21 }
  22
  23 float lanczos_weight(float x, float a)
  24 {
  25         if (fabs(x) > a) {
  26                 return 0.0f;
  27         } else {
  28                 return sinc(M_PI * x) * sinc(M_PI * x / a);
  29         }
  30 }
  31
  32 // Euclid's algorithm, from Wikipedia.
  33 unsigned gcd(unsigned a, unsigned b)
  34 {
  35         while (b != 0) {
  36                 unsigned t = b;
  37                 b = a % b;
  38                 a = t;
  39         }
  40         return a;
  41 }
  42
  43 }  // namespace
  44
  45 ResampleEffect::ResampleEffect()
  46         : input_width(1280),
  47           input_height(720)
  48 {
  49         register_int("width", &output_width);
  50         register_int("height", &output_height);
  51
  52         // The first blur pass will forward resolution information to us.
  53         hpass = new SingleResamplePassEffect(this);
  54         hpass->set_int("direction", SingleResamplePassEffect::HORIZONTAL);
  55         vpass = new SingleResamplePassEffect(NULL);
  56         vpass->set_int("direction", SingleResamplePassEffect::VERTICAL);
  57
  58         update_size();
  59 }
  60
  61 void ResampleEffect::rewrite_graph(EffectChain *graph, Node *self)
  62 {
  63         Node *hpass_node = graph->add_node(hpass);
  64         Node *vpass_node = graph->add_node(vpass);
  65         graph->connect_nodes(hpass_node, vpass_node);
  66         graph->replace_receiver(self, hpass_node);
  67         graph->replace_sender(self, vpass_node);
  68         self->disabled = true;
  69 }
  70
  71 // We get this information forwarded from the first blur pass,
  72 // since we are not part of the chain ourselves.
  73 void ResampleEffect::inform_input_size(unsigned input_num, unsigned width, unsigned height)
  74 {
  75         assert(input_num == 0);
  76         assert(width != 0);
  77         assert(height != 0);
  78         input_width = width;
  79         input_height = height;
  80         update_size();
  81 }
  82
  83 void ResampleEffect::update_size()
  84 {
  85         bool ok = true;
  86         ok |= hpass->set_int("input_width", input_width);
  87         ok |= hpass->set_int("input_height", input_height);
  88         ok |= hpass->set_int("output_width", output_width);
  89         ok |= hpass->set_int("output_height", input_height);
  90
  91         ok |= vpass->set_int("input_width", output_width);
  92         ok |= vpass->set_int("input_height", input_height);
  93         ok |= vpass->set_int("output_width", output_width);
  94         ok |= vpass->set_int("output_height", output_height);
  95
  96         assert(ok);
  97 }
  98
  99 bool ResampleEffect::set_float(const std::string &key, float value) {
 100         if (key == "width") {
 101                 output_width = value;
 102                 update_size();
 103                 return true;
 104         }
 105         if (key == "height") {
 106                 output_height = value;
 107                 update_size();
 108                 return true;
 109         }
 110         return false;
 111 }
 112
 113 SingleResamplePassEffect::SingleResamplePassEffect(ResampleEffect *parent)
 114         : parent(parent),
 115           direction(HORIZONTAL),
 116           input_width(1280),
 117           input_height(720),
 118           last_input_width(-1),
 119           last_input_height(-1),
 120           last_output_width(-1),
 121           last_output_height(-1)
 122 {
 123         register_int("direction", (int *)&direction);
 124         register_int("input_width", &input_width);
 125         register_int("input_height", &input_height);
 126         register_int("output_width", &output_width);
 127         register_int("output_height", &output_height);
 128
 129         glGenTextures(1, &texnum);
 130 }
 131
 132 SingleResamplePassEffect::~SingleResamplePassEffect()
 133 {
 134         glDeleteTextures(1, &texnum);
 135 }
 136
 137 std::string SingleResamplePassEffect::output_fragment_shader()
 138 {
 139         char buf[256];
 140         sprintf(buf, "#define DIRECTION_VERTICAL %d\n", (direction == VERTICAL));
 141         return buf + read_file("resample_effect.frag");
 142 }
 143
 144 // Using vertical scaling as an example:
 145 //
 146 // Generally out[y] = w0 * in[yi] + w1 * in[yi + 1] + w2 * in[yi + 2] + ...
 147 //
 148 // Obviously, yi will depend on y (in a not-quite-linear way), but so will
 149 // the weights w0, w1, w2, etc.. The easiest way of doing this is to encode,
 150 // for each sample, the weight and the yi value, e.g. <yi, w0>, <yi + 1, w1>,
 151 // and so on. For each y, we encode these along the x-axis (since that is spare),
 152 // so out[0] will read from parameters <x,y> = <0,0>, <1,0>, <2,0> and so on.
 153 //
 154 // For horizontal scaling, we fill in the exact same texture;
 155 // the shader just interprets is differently.
 156 //
 157 // TODO: Support optimization using free linear sampling, like in BlurEffect.
 158 void SingleResamplePassEffect::update_texture(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, unsigned *sampler_num)
 159 {
 160         unsigned src_size, dst_size;
 161         if (direction == SingleResamplePassEffect::HORIZONTAL) {
 162                 assert(input_height == output_height);
 163                 src_size = input_width;
 164                 dst_size = output_width;
 165         } else if (direction == SingleResamplePassEffect::VERTICAL) {
 166                 assert(input_width == output_width);
 167                 src_size = input_height;
 168                 dst_size = output_height;
 169         } else {
 170                 assert(false);
 171         }
 172
 173
 174         // For many resamplings (e.g. 640 -> 1280), we will end up with the same
 175         // set of samples over and over again in a loop. Thus, we can compute only
 176         // the first such loop, and then ask the card to repeat the texture for us.
 177         // This is both easier on the texture cache and lowers our CPU cost for
 178         // generating the kernel somewhat.
 179         num_loops = gcd(src_size, dst_size);
 180         slice_height = 1.0f / num_loops;
 181         unsigned dst_samples = dst_size / num_loops;
 182
 183         // Sample the kernel in the right place. A diagram with a triangular kernel
 184         // (corresponding to linear filtering, and obviously with radius 1)
 185         // for easier ASCII art drawing:
 186         //
 187         //                *
 188         //               / \                      |
 189         //              /   \                     |
 190         //             /     \                    |
 191         //    x---x---x   x   x---x---x---x
 192         //
 193         // Scaling up (in this case, 2x) means sampling more densely:
 194         //
 195         //                *
 196         //               / \                      |
 197         //              /   \                     |
 198         //             /     \                    |
 199         //   x-x-x-x-x-x x x x-x-x-x-x-x-x-x
 200         //
 201         // When scaling up, any destination pixel will only be influenced by a few
 202         // (in this case, two) neighboring pixels, and more importantly, the number
 203         // will not be influenced by the scaling factor. (Note, however, that the
 204         // pixel centers have moved, due to OpenGL's center-pixel convention.)
 205         // The only thing that changes is the weights themselves, as the sampling
 206         // points are at different distances from the original pixels.
 207         //
 208         // Scaling down is a different story:
 209         //
 210         //                *
 211         //               / \                      |
 212         //              /   \                     |
 213         //             /     \                    |
 214         //    --x------ x     --x-------x--
 215         //
 216         // Again, the pixel centers have moved in a maybe unintuitive fashion,
 217         // although when you consider that there are multiple source pixels around,
 218         // it's not so bad as at first look:
 219         //
 220         //            *   *   *   *
 221         //           / \ / \ / \ / \              |
 222         //          /   X   X   X   \             |
 223         //         /   / \ / \ / \   \            |
 224         //    --x-------x-------x-------x--
 225         //
 226         // As you can see, the new pixels become averages of the two neighboring old
 227         // ones (the situation for Lanczos is of course more complex).
 228         //
 229         // Anyhow, in this case we clearly need to look at more source pixels
 230         // to compute the destination pixel, and how many depend on the scaling factor.
 231         // Thus, the kernel width will vary with how much we scale.
 232         float radius_scaling_factor = std::min(float(dst_size) / float(src_size), 1.0f);
 233         int int_radius = lrintf(LANCZOS_RADIUS / radius_scaling_factor);
 234         src_samples = int_radius * 2 + 1;
 235         float *weights = new float[dst_samples * src_samples * 2];
 236         for (unsigned y = 0; y < dst_samples; ++y) {
 237                 // Find the point around which we want to sample the source image,
 238                 // compensating for differing pixel centers as the scale changes.
 239                 float center_src_y = (y + 0.5f) * float(src_size) / float(dst_size) - 0.5f;
 240                 int base_src_y = lrintf(center_src_y);
 241
 242                 // Now sample <int_radius> pixels on each side around that point.
 243                 for (int i = 0; i < src_samples; ++i) {
 244                         int src_y = base_src_y + i - int_radius;
 245                         float weight = lanczos_weight(radius_scaling_factor * (src_y - center_src_y), LANCZOS_RADIUS);
 246                         weights[(y * src_samples + i) * 2 + 0] = weight * radius_scaling_factor;
 247                         weights[(y * src_samples + i) * 2 + 1] = (src_y + 0.5) / float(src_size);
 248                 }
 249         }
 250
 251         // Encode as a two-component texture. Note the GL_REPEAT.
 252         glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + *sampler_num);
 253         check_error();
 254         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texnum);
 255         check_error();
 256         glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
 257         check_error();
 258         glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
 259         check_error();
 260         glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
 261         check_error();
 262         glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RG16F, src_samples, dst_samples, 0, GL_RG, GL_FLOAT, weights);
 263         check_error();
 264
 265         delete[] weights;
 266 }
 267
 268 void SingleResamplePassEffect::set_gl_state(GLuint glsl_program_num, const std::string &prefix, unsigned *sampler_num)
 269 {
 270         Effect::set_gl_state(glsl_program_num, prefix, sampler_num);
 271
 272         if (input_width != last_input_width ||
 273             input_height != last_input_height ||
 274             output_width != last_output_width ||
 275             output_height != last_output_height) {
 276                 update_texture(glsl_program_num, prefix, sampler_num);
 277                 last_input_width = input_width;
 278                 last_input_height = input_height;
 279                 last_output_width = output_width;
 280                 last_output_height = output_height;
 281         }
 282
 283         glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + *sampler_num);
 284         check_error();
 285         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texnum);
 286         check_error();
 287
 288         set_uniform_int(glsl_program_num, prefix, "sample_tex", *sampler_num);
 289         ++sampler_num;
 290         set_uniform_int(glsl_program_num, prefix, "num_samples", src_samples);
 291         set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "num_loops", num_loops);
 292         set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "slice_height", slice_height);
 293
 294         // Instructions for how to convert integer sample numbers to positions in the weight texture.
 295         set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "sample_x_scale", 1.0f / src_samples);
 296         set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "sample_x_offset", 0.5f / src_samples);
 297
 298         // We specifically do not want mipmaps on the input texture;
 299         // they break minification.
 300         glActiveTexture(GL_TEXTURE0);
 301         check_error();
 302         glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
 303         check_error();
 304 }