]> git.sesse.net Git - movit/blob - resample_effect.cpp
Remove C++11 dependency from ResampleEffect.
[movit] / resample_effect.cpp
1 // Three-lobed Lanczos, the most common choice.
2 // Note that if you change this, the accuracy for LANCZOS_TABLE_SIZE
3 // needs to be recomputed.
4 #define LANCZOS_RADIUS 3.0f
5
6 #include <epoxy/gl.h>
7 #include <assert.h>
8 #include <limits.h>
9 #include <math.h>
10 #include <stdio.h>
11 #include <algorithm>
12 #include <Eigen/Sparse>
13 #include <Eigen/SparseQR>
14 #include <Eigen/OrderingMethods>
15
16 #include "effect_chain.h"
17 #include "effect_util.h"
18 #include "fp16.h"
19 #include "init.h"
20 #include "resample_effect.h"
21 #include "util.h"
22
23 using namespace Eigen;
24 using namespace std;
25
26 namespace movit {
27
28 namespace {
29
30 float sinc(float x)
31 {
32         if (fabs(x) < 1e-6) {
33                 return 1.0f - fabs(x);
34         } else {
35                 return sin(x) / x;
36         }
37 }
38
39 float lanczos_weight(float x)
40 {
41         if (fabs(x) > LANCZOS_RADIUS) {
42                 return 0.0f;
43         } else {
44                 return sinc(M_PI * x) * sinc((M_PI / LANCZOS_RADIUS) * x);
45         }
46 }
47
48 // The weight function can be expensive to compute over and over again
49 // (which will happen during e.g. a zoom), but it is also easy to interpolate
50 // linearly. We compute the right half of the function (in the range of
51 // 0..LANCZOS_RADIUS), with two guard elements for easier interpolation, and
52 // linearly interpolate to get our function.
53 //
54 // We want to scale the table so that the maximum error is always smaller
55 // than 1e-6. As per http://www-solar.mcs.st-andrews.ac.uk/~clare/Lectures/num-analysis/Numan_chap3.pdf,
56 // the error for interpolating a function linearly between points [a,b] is
57 //
58 //   e = 1/2 (x-a)(x-b) f''(u_x)
59 //
60 // for some point u_x in [a,b] (where f(x) is our Lanczos function; we're
61 // assuming LANCZOS_RADIUS=3 from here on). Obviously this is bounded by
62 // f''(x) over the entire range. Numeric optimization shows the maximum of
63 // |f''(x)| to be in x=1.09369819474562880, with the value 2.40067758733152381.
64 // So if the steps between consecutive values are called d, we get
65 //
66 //   |e| <= 1/2 (d/2)^2 2.4007
67 //   |e| <= 0.1367 d^2
68 //
69 // Solve for e = 1e-6 yields a step size of 0.0027, which to cover the range
70 // 0..3 needs 1109 steps. We round up to the next power of two, just to be sure.
71 //
72 // You need to call lanczos_table_init_done before the first call to
73 // lanczos_weight_cached.
74 #define LANCZOS_TABLE_SIZE 2048
75 bool lanczos_table_init_done = false;
76 float lanczos_table[LANCZOS_TABLE_SIZE + 2];
77
78 void init_lanczos_table()
79 {
80         for (unsigned i = 0; i < LANCZOS_TABLE_SIZE + 2; ++i) {
81                 lanczos_table[i] = lanczos_weight(float(i) * (LANCZOS_RADIUS / LANCZOS_TABLE_SIZE));
82         }
83         lanczos_table_init_done = true;
84 }
85
86 float lanczos_weight_cached(float x)
87 {
88         x = fabs(x);
89         if (x > LANCZOS_RADIUS) {
90                 return 0.0f;
91         }
92         float table_pos = x * (LANCZOS_TABLE_SIZE / LANCZOS_RADIUS);
93         unsigned table_pos_int = int(table_pos);  // Truncate towards zero.
94         float table_pos_frac = table_pos - table_pos_int;
95         assert(table_pos < LANCZOS_TABLE_SIZE + 2);
96         return lanczos_table[table_pos_int] +
97                 table_pos_frac * (lanczos_table[table_pos_int + 1] - lanczos_table[table_pos_int]);
98 }
99
100 // Euclid's algorithm, from Wikipedia.
101 unsigned gcd(unsigned a, unsigned b)
102 {
103         while (b != 0) {
104                 unsigned t = b;
105                 b = a % b;
106                 a = t;
107         }
108         return a;
109 }
110
111 template<class DestFloat>
112 unsigned combine_samples(const Tap<float> *src, Tap<DestFloat> *dst, float num_subtexels, float inv_num_subtexels, unsigned num_src_samples, unsigned max_samples_saved, float pos1_pos2_diff, float inv_pos1_pos2_diff)
113 {
114         // Cut off near-zero values at both sides.
115         unsigned num_samples_saved = 0;
116         while (num_samples_saved < max_samples_saved &&
117                num_src_samples > 0 &&
118                fabs(src[0].weight) < 1e-6) {
119                 ++src;
120                 --num_src_samples;
121                 ++num_samples_saved;
122         }
123         while (num_samples_saved < max_samples_saved &&
124                num_src_samples > 0 &&
125                fabs(src[num_src_samples - 1].weight) < 1e-6) {
126                 --num_src_samples;
127                 ++num_samples_saved;
128         }
129
130         for (unsigned i = 0, j = 0; i < num_src_samples; ++i, ++j) {
131                 // Copy the sample directly; it will be overwritten later if we can combine.
132                 if (dst != NULL) {
133                         dst[j].weight = convert_float<float, DestFloat>(src[i].weight);
134                         dst[j].pos = convert_float<float, DestFloat>(src[i].pos);
135                 }
136
137                 if (i == num_src_samples - 1) {
138                         // Last sample; cannot combine.
139                         continue;
140                 }
141                 assert(num_samples_saved <= max_samples_saved);
142                 if (num_samples_saved == max_samples_saved) {
143                         // We could maybe save more here, but other rows can't, so don't bother.
144                         continue;
145                 }
146
147                 float w1 = src[i].weight;
148                 float w2 = src[i + 1].weight;
149                 if (w1 * w2 < 0.0f) {
150                         // Differing signs; cannot combine.
151                         continue;
152                 }
153
154                 float pos1 = src[i].pos;
155                 float pos2 = src[i + 1].pos;
156                 assert(pos2 > pos1);
157
158                 DestFloat pos, total_weight;
159                 float sum_sq_error;
160                 combine_two_samples(w1, w2, pos1, pos1_pos2_diff, inv_pos1_pos2_diff, num_subtexels, inv_num_subtexels, &pos, &total_weight, &sum_sq_error);
161
162                 // If the interpolation error is larger than that of about sqrt(2) of
163                 // a level at 8-bit precision, don't combine. (You'd think 1.0 was enough,
164                 // but since the artifacts are not really random, they can get quite
165                 // visible. On the other hand, going to 0.25f, I can see no change at
166                 // all with 8-bit output, so it would not seem to be worth it.)
167                 if (sum_sq_error > 0.5f / (255.0f * 255.0f)) {
168                         continue;
169                 }
170
171                 // OK, we can combine this and the next sample.
172                 if (dst != NULL) {
173                         dst[j].weight = total_weight;
174                         dst[j].pos = pos;
175                 }
176
177                 ++i;  // Skip the next sample.
178                 ++num_samples_saved;
179         }
180         return num_samples_saved;
181 }
182
183 // Normalize so that the sum becomes one. Note that we do it twice;
184 // this sometimes helps a tiny little bit when we have many samples.
185 template<class T>
186 void normalize_sum(Tap<T>* vals, unsigned num)
187 {
188         for (int normalize_pass = 0; normalize_pass < 2; ++normalize_pass) {
189                 float sum = 0.0;
190                 for (unsigned i = 0; i < num; ++i) {
191                         sum += to_fp32(vals[i].weight);
192                 }
193                 float inv_sum = 1.0 / sum;
194                 for (unsigned i = 0; i < num; ++i) {
195                         vals[i].weight = from_fp32<T>(to_fp32(vals[i].weight) * inv_sum);
196                 }
197         }
198 }
199
200 // Make use of the bilinear filtering in the GPU to reduce the number of samples
201 // we need to make. This is a bit more complex than BlurEffect since we cannot combine
202 // two neighboring samples if their weights have differing signs, so we first need to
203 // figure out the maximum number of samples. Then, we downconvert all the weights to
204 // that number -- we could have gone for a variable-length system, but this is simpler,
205 // and the gains would probably be offset by the extra cost of checking when to stop.
206 //
207 // The greedy strategy for combining samples is optimal.
208 template<class DestFloat>
209 unsigned combine_many_samples(const Tap<float> *weights, unsigned src_size, unsigned src_samples, unsigned dst_samples, Tap<DestFloat> **bilinear_weights)
210 {
211         float num_subtexels = src_size / movit_texel_subpixel_precision;
212         float inv_num_subtexels = movit_texel_subpixel_precision / src_size;
213         float pos1_pos2_diff = 1.0f / src_size;
214         float inv_pos1_pos2_diff = src_size;
215
216         unsigned max_samples_saved = UINT_MAX;
217         for (unsigned y = 0; y < dst_samples && max_samples_saved > 0; ++y) {
218                 unsigned num_samples_saved = combine_samples<DestFloat>(weights + y * src_samples, NULL, num_subtexels, inv_num_subtexels, src_samples, max_samples_saved, pos1_pos2_diff, inv_pos1_pos2_diff);
219                 max_samples_saved = min(max_samples_saved, num_samples_saved);
220         }
221
222         // Now that we know the right width, actually combine the samples.
223         unsigned src_bilinear_samples = src_samples - max_samples_saved;
224         if (*bilinear_weights != NULL) delete[] *bilinear_weights;
225         *bilinear_weights = new Tap<DestFloat>[dst_samples * src_bilinear_samples];
226         for (unsigned y = 0; y < dst_samples; ++y) {
227                 Tap<DestFloat> *bilinear_weights_ptr = *bilinear_weights + y * src_bilinear_samples;
228                 unsigned num_samples_saved = combine_samples(
229                         weights + y * src_samples,
230                         bilinear_weights_ptr,
231                         num_subtexels,
232                         inv_num_subtexels,
233                         src_samples,
234                         max_samples_saved,
235                         pos1_pos2_diff,
236                         inv_pos1_pos2_diff);
237                 assert(num_samples_saved == max_samples_saved);
238                 normalize_sum(bilinear_weights_ptr, src_bilinear_samples);
239         }
240         return src_bilinear_samples;
241 }
242
243 // Compute the sum of squared errors between the ideal weights (which are
244 // assumed to fall exactly on pixel centers) and the weights that result
245 // from sampling at <bilinear_weights>. The primary reason for the difference
246 // is inaccuracy in the sampling positions, both due to limited precision
247 // in storing them (already inherent in sending them in as fp16_int_t)
248 // and in subtexel sampling precision (which we calculate in this function).
249 template<class T>
250 double compute_sum_sq_error(const Tap<float>* weights, unsigned num_weights,
251                             const Tap<T>* bilinear_weights, unsigned num_bilinear_weights,
252                             unsigned size)
253 {
254         // Find the effective range of the bilinear-optimized kernel.
255         // Due to rounding of the positions, this is not necessarily the same
256         // as the intended range (ie., the range of the original weights).
257         int lower_pos = int(floor(to_fp32(bilinear_weights[0].pos) * size - 0.5f));
258         int upper_pos = int(ceil(to_fp32(bilinear_weights[num_bilinear_weights - 1].pos) * size - 0.5f)) + 2;
259         lower_pos = min<int>(lower_pos, lrintf(weights[0].pos * size - 0.5f));
260         upper_pos = max<int>(upper_pos, lrintf(weights[num_weights - 1].pos * size - 0.5f) + 1);
261
262         float* effective_weights = new float[upper_pos - lower_pos];
263         for (int i = 0; i < upper_pos - lower_pos; ++i) {
264                 effective_weights[i] = 0.0f;
265         }
266
267         // Now find the effective weights that result from this sampling.
268         for (unsigned i = 0; i < num_bilinear_weights; ++i) {
269                 const float pixel_pos = to_fp32(bilinear_weights[i].pos) * size - 0.5f;
270                 const int x0 = int(floor(pixel_pos)) - lower_pos;
271                 const int x1 = x0 + 1;
272                 const float f = lrintf((pixel_pos - (x0 + lower_pos)) / movit_texel_subpixel_precision) * movit_texel_subpixel_precision;
273
274                 assert(x0 >= 0);
275                 assert(x1 >= 0);
276                 assert(x0 < upper_pos - lower_pos);
277                 assert(x1 < upper_pos - lower_pos);
278
279                 effective_weights[x0] += to_fp32(bilinear_weights[i].weight) * (1.0f - f);
280                 effective_weights[x1] += to_fp32(bilinear_weights[i].weight) * f;
281         }
282
283         // Subtract the desired weights to get the error.
284         for (unsigned i = 0; i < num_weights; ++i) {
285                 const int x = lrintf(weights[i].pos * size - 0.5f) - lower_pos;
286                 assert(x >= 0);
287                 assert(x < upper_pos - lower_pos);
288
289                 effective_weights[x] -= weights[i].weight;
290         }
291
292         double sum_sq_error = 0.0;
293         for (unsigned i = 0; i < num_weights; ++i) {
294                 sum_sq_error += effective_weights[i] * effective_weights[i];
295         }
296
297         delete[] effective_weights;
298         return sum_sq_error;
299 }
300
301 }  // namespace
302
303 ResampleEffect::ResampleEffect()
304         : input_width(1280),
305           input_height(720),
306           offset_x(0.0f), offset_y(0.0f),
307           zoom_x(1.0f), zoom_y(1.0f),
308           zoom_center_x(0.5f), zoom_center_y(0.5f)
309 {
310         register_int("width", &output_width);
311         register_int("height", &output_height);
312
313         // The first blur pass will forward resolution information to us.
314         hpass = new SingleResamplePassEffect(this);
315         CHECK(hpass->set_int("direction", SingleResamplePassEffect::HORIZONTAL));
316         vpass = new SingleResamplePassEffect(NULL);
317         CHECK(vpass->set_int("direction", SingleResamplePassEffect::VERTICAL));
318
319         update_size();
320 }
321
322 void ResampleEffect::rewrite_graph(EffectChain *graph, Node *self)
323 {
324         Node *hpass_node = graph->add_node(hpass);
325         Node *vpass_node = graph->add_node(vpass);
326         graph->connect_nodes(hpass_node, vpass_node);
327         graph->replace_receiver(self, hpass_node);
328         graph->replace_sender(self, vpass_node);
329         self->disabled = true;
330
331
332 // We get this information forwarded from the first blur pass,
333 // since we are not part of the chain ourselves.
334 void ResampleEffect::inform_input_size(unsigned input_num, unsigned width, unsigned height)
335 {
336         assert(input_num == 0);
337         assert(width != 0);
338         assert(height != 0);
339         input_width = width;
340         input_height = height;
341         update_size();
342 }
343
344 void ResampleEffect::update_size()
345 {
346         bool ok = true;
347         ok |= hpass->set_int("input_width", input_width);
348         ok |= hpass->set_int("input_height", input_height);
349         ok |= hpass->set_int("output_width", output_width);
350         ok |= hpass->set_int("output_height", input_height);
351
352         ok |= vpass->set_int("input_width", output_width);
353         ok |= vpass->set_int("input_height", input_height);
354         ok |= vpass->set_int("output_width", output_width);
355         ok |= vpass->set_int("output_height", output_height);
356
357         assert(ok);
358
359         // The offset added due to zoom may have changed with the size.
360         update_offset_and_zoom();
361 }
362
363 void ResampleEffect::update_offset_and_zoom()
364 {
365         bool ok = true;
366
367         // Zoom from the right origin. (zoom_center is given in normalized coordinates,
368         // i.e. 0..1.)
369         float extra_offset_x = zoom_center_x * (1.0f - 1.0f / zoom_x) * input_width;
370         float extra_offset_y = (1.0f - zoom_center_y) * (1.0f - 1.0f / zoom_y) * input_height;
371
372         ok |= hpass->set_float("offset", extra_offset_x + offset_x);
373         ok |= vpass->set_float("offset", extra_offset_y - offset_y);  // Compensate for the bottom-left origin.
374         ok |= hpass->set_float("zoom", zoom_x);
375         ok |= vpass->set_float("zoom", zoom_y);
376
377         assert(ok);
378 }
379
380 bool ResampleEffect::set_float(const string &key, float value) {
381         if (key == "width") {
382                 output_width = value;
383                 update_size();
384                 return true;
385         }
386         if (key == "height") {
387                 output_height = value;
388                 update_size();
389                 return true;
390         }
391         if (key == "top") {
392                 offset_y = value;
393                 update_offset_and_zoom();
394                 return true;
395         }
396         if (key == "left") {
397                 offset_x = value;
398                 update_offset_and_zoom();
399                 return true;
400         }
401         if (key == "zoom_x") {
402                 if (value <= 0.0f) {
403                         return false;
404                 }
405                 zoom_x = value;
406                 update_offset_and_zoom();
407                 return true;
408         }
409         if (key == "zoom_y") {
410                 if (value <= 0.0f) {
411                         return false;
412                 }
413                 zoom_y = value;
414                 update_offset_and_zoom();
415                 return true;
416         }
417         if (key == "zoom_center_x") {
418                 zoom_center_x = value;
419                 update_offset_and_zoom();
420                 return true;
421         }
422         if (key == "zoom_center_y") {
423                 zoom_center_y = value;
424                 update_offset_and_zoom();
425                 return true;
426         }
427         return false;
428 }
429
430 SingleResamplePassEffect::SingleResamplePassEffect(ResampleEffect *parent)
431         : parent(parent),
432           direction(HORIZONTAL),
433           input_width(1280),
434           input_height(720),
435           offset(0.0),
436           zoom(1.0),
437           last_input_width(-1),
438           last_input_height(-1),
439           last_output_width(-1),
440           last_output_height(-1),
441           last_offset(0.0 / 0.0),  // NaN.
442           last_zoom(0.0 / 0.0),  // NaN.
443           last_texture_width(-1), last_texture_height(-1)
444 {
445         register_int("direction", (int *)&direction);
446         register_int("input_width", &input_width);
447         register_int("input_height", &input_height);
448         register_int("output_width", &output_width);
449         register_int("output_height", &output_height);
450         register_float("offset", &offset);
451         register_float("zoom", &zoom);
452         register_uniform_sampler2d("sample_tex", &uniform_sample_tex);
453         register_uniform_int("num_samples", &uniform_num_samples);
454         register_uniform_float("num_loops", &uniform_num_loops);
455         register_uniform_float("slice_height", &uniform_slice_height);
456         register_uniform_float("sample_x_scale", &uniform_sample_x_scale);
457         register_uniform_float("sample_x_offset", &uniform_sample_x_offset);
458         register_uniform_float("whole_pixel_offset", &uniform_whole_pixel_offset);
459
460         glGenTextures(1, &texnum);
461
462         if (!lanczos_table_init_done) {
463                 // Could in theory race between two threads if we are unlucky,
464                 // but that is harmless, since they'll write the same data.
465                 init_lanczos_table();
466         }
467 }
468
469 SingleResamplePassEffect::~SingleResamplePassEffect()
470 {
471         glDeleteTextures(1, &texnum);
472 }
473
474 string SingleResamplePassEffect::output_fragment_shader()
475 {
476         char buf[256];
477         sprintf(buf, "#define DIRECTION_VERTICAL %d\n", (direction == VERTICAL));
478         return buf + read_file("resample_effect.frag");
479 }
480
481 // Using vertical scaling as an example:
482 //
483 // Generally out[y] = w0 * in[yi] + w1 * in[yi + 1] + w2 * in[yi + 2] + ...
484 //
485 // Obviously, yi will depend on y (in a not-quite-linear way), but so will
486 // the weights w0, w1, w2, etc.. The easiest way of doing this is to encode,
487 // for each sample, the weight and the yi value, e.g. <yi, w0>, <yi + 1, w1>,
488 // and so on. For each y, we encode these along the x-axis (since that is spare),
489 // so out[0] will read from parameters <x,y> = <0,0>, <1,0>, <2,0> and so on.
490 //
491 // For horizontal scaling, we fill in the exact same texture;
492 // the shader just interprets it differently.
493 void SingleResamplePassEffect::update_texture(GLuint glsl_program_num, const string &prefix, unsigned *sampler_num)
494 {
495         unsigned src_size, dst_size;
496         if (direction == SingleResamplePassEffect::HORIZONTAL) {
497                 assert(input_height == output_height);
498                 src_size = input_width;
499                 dst_size = output_width;
500         } else if (direction == SingleResamplePassEffect::VERTICAL) {
501                 assert(input_width == output_width);
502                 src_size = input_height;
503                 dst_size = output_height;
504         } else {
505                 assert(false);
506         }
507
508         ScalingWeights weights = calculate_scaling_weights(src_size, dst_size, zoom, offset);
509         src_bilinear_samples = weights.src_bilinear_samples;
510         num_loops = weights.num_loops;
511         slice_height = 1.0f / weights.num_loops;
512
513         // Encode as a two-component texture. Note the GL_REPEAT.
514         glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + *sampler_num);
515         check_error();
516         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texnum);
517         check_error();
518         if (last_texture_width == -1) {
519                 // Need to set this state the first time.
520                 glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_NEAREST);
521                 check_error();
522                 glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT);
523                 check_error();
524                 glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT);
525                 check_error();
526         }
527
528         GLenum type, internal_format;
529         void *pixels;
530         assert((weights.bilinear_weights_fp16 == NULL) != (weights.bilinear_weights_fp32 == NULL));
531         if (weights.bilinear_weights_fp32 != NULL) {
532                 type = GL_FLOAT;
533                 internal_format = GL_RG32F;
534                 pixels = weights.bilinear_weights_fp32;
535         } else {
536                 type = GL_HALF_FLOAT;
537                 internal_format = GL_RG16F;
538                 pixels = weights.bilinear_weights_fp16;
539         }
540
541         if (int(weights.src_bilinear_samples) == last_texture_width &&
542             int(weights.dst_samples) == last_texture_height &&
543             internal_format == last_texture_internal_format) {
544                 // Texture dimensions and type are unchanged; it is more efficient
545                 // to just update it rather than making an entirely new texture.
546                 glTexSubImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, 0, 0, weights.src_bilinear_samples, weights.dst_samples, GL_RG, type, pixels);
547         } else {
548                 glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, internal_format, weights.src_bilinear_samples, weights.dst_samples, 0, GL_RG, type, pixels);
549                 last_texture_width = weights.src_bilinear_samples;
550                 last_texture_height = weights.dst_samples;
551                 last_texture_internal_format = internal_format;
552         }
553         check_error();
554
555         delete[] weights.bilinear_weights_fp16;
556         delete[] weights.bilinear_weights_fp32;
557 }
558
559 ScalingWeights calculate_scaling_weights(unsigned src_size, unsigned dst_size, float zoom, float offset)
560 {
561         if (!lanczos_table_init_done) {
562                 // Only needed if run from outside ResampleEffect.
563                 init_lanczos_table();
564         }
565
566         // For many resamplings (e.g. 640 -> 1280), we will end up with the same
567         // set of samples over and over again in a loop. Thus, we can compute only
568         // the first such loop, and then ask the card to repeat the texture for us.
569         // This is both easier on the texture cache and lowers our CPU cost for
570         // generating the kernel somewhat.
571         float scaling_factor;
572         int num_loops;
573         if (fabs(zoom - 1.0f) < 1e-6) {
574                 num_loops = gcd(src_size, dst_size);
575                 scaling_factor = float(dst_size) / float(src_size);
576         } else {
577                 // If zooming is enabled (ie., zoom != 1), we turn off the looping.
578                 // We _could_ perhaps do it for rational zoom levels (especially
579                 // things like 2:1), but it doesn't seem to be worth it, given that
580                 // the most common use case would seem to be varying the zoom
581                 // from frame to frame.
582                 num_loops = 1;
583                 scaling_factor = zoom * float(dst_size) / float(src_size);
584         }
585         unsigned dst_samples = dst_size / num_loops;
586
587         // Sample the kernel in the right place. A diagram with a triangular kernel
588         // (corresponding to linear filtering, and obviously with radius 1)
589         // for easier ASCII art drawing:
590         //
591         //                *
592         //               / \                      |
593         //              /   \                     |
594         //             /     \                    |
595         //    x---x---x   x   x---x---x---x
596         //
597         // Scaling up (in this case, 2x) means sampling more densely:
598         //
599         //                *
600         //               / \                      |
601         //              /   \                     |
602         //             /     \                    |
603         //   x-x-x-x-x-x x x x-x-x-x-x-x-x-x
604         //
605         // When scaling up, any destination pixel will only be influenced by a few
606         // (in this case, two) neighboring pixels, and more importantly, the number
607         // will not be influenced by the scaling factor. (Note, however, that the
608         // pixel centers have moved, due to OpenGL's center-pixel convention.)
609         // The only thing that changes is the weights themselves, as the sampling
610         // points are at different distances from the original pixels.
611         //
612         // Scaling down is a different story:
613         //
614         //                *
615         //               / \                      |
616         //              /   \                     |
617         //             /     \                    |
618         //    --x------ x     --x-------x--
619         //
620         // Again, the pixel centers have moved in a maybe unintuitive fashion,
621         // although when you consider that there are multiple source pixels around,
622         // it's not so bad as at first look:
623         //
624         //            *   *   *   *
625         //           / \ / \ / \ / \              |
626         //          /   X   X   X   \             |
627         //         /   / \ / \ / \   \            |
628         //    --x-------x-------x-------x--
629         //
630         // As you can see, the new pixels become averages of the two neighboring old
631         // ones (the situation for Lanczos is of course more complex).
632         //
633         // Anyhow, in this case we clearly need to look at more source pixels
634         // to compute the destination pixel, and how many depend on the scaling factor.
635         // Thus, the kernel width will vary with how much we scale.
636         float radius_scaling_factor = min(scaling_factor, 1.0f);
637         int int_radius = lrintf(LANCZOS_RADIUS / radius_scaling_factor);
638         int src_samples = int_radius * 2 + 1;
639         Tap<float> *weights = new Tap<float>[dst_samples * src_samples];
640         float subpixel_offset = offset - lrintf(offset);  // The part not covered by whole_pixel_offset.
641         assert(subpixel_offset >= -0.5f && subpixel_offset <= 0.5f);
642         for (unsigned y = 0; y < dst_samples; ++y) {
643                 // Find the point around which we want to sample the source image,
644                 // compensating for differing pixel centers as the scale changes.
645                 float center_src_y = (y + 0.5f) / scaling_factor - 0.5f;
646                 int base_src_y = lrintf(center_src_y);
647
648                 // Now sample <int_radius> pixels on each side around that point.
649                 float inv_src_size = 1.0 / float(src_size);
650                 for (int i = 0; i < src_samples; ++i) {
651                         int src_y = base_src_y + i - int_radius;
652                         float weight = lanczos_weight_cached(radius_scaling_factor * (src_y - center_src_y - subpixel_offset));
653                         weights[y * src_samples + i].weight = weight * radius_scaling_factor;
654                         weights[y * src_samples + i].pos = (src_y + 0.5f) * inv_src_size;
655                 }
656         }
657
658         // Now make use of the bilinear filtering in the GPU to reduce the number of samples
659         // we need to make. Try fp16 first; if it's not accurate enough, we go to fp32.
660         // Our tolerance level for total error is a bit higher than the one for invididual
661         // samples, since one would assume overall errors in the shape don't matter as much.
662         const float max_error = 2.0f / (255.0f * 255.0f);
663         Tap<fp16_int_t> *bilinear_weights_fp16 = NULL;
664         int src_bilinear_samples = combine_many_samples(weights, src_size, src_samples, dst_samples, &bilinear_weights_fp16);
665         Tap<float> *bilinear_weights_fp32 = NULL;
666         double max_sum_sq_error_fp16 = 0.0;
667         for (unsigned y = 0; y < dst_samples; ++y) {
668                 double sum_sq_error_fp16 = compute_sum_sq_error(
669                         weights + y * src_samples, src_samples,
670                         bilinear_weights_fp16 + y * src_bilinear_samples, src_bilinear_samples,
671                         src_size);
672                 max_sum_sq_error_fp16 = std::max(max_sum_sq_error_fp16, sum_sq_error_fp16);
673                 if (max_sum_sq_error_fp16 > max_error) {
674                         break;
675                 }
676         }
677
678         if (max_sum_sq_error_fp16 > max_error) {
679                 delete[] bilinear_weights_fp16;
680                 bilinear_weights_fp16 = NULL;
681                 src_bilinear_samples = combine_many_samples(weights, src_size, src_samples, dst_samples, &bilinear_weights_fp32);
682         }
683
684         delete[] weights;
685
686         ScalingWeights ret;
687         ret.src_bilinear_samples = src_bilinear_samples;
688         ret.dst_samples = dst_samples;
689         ret.num_loops = num_loops;
690         ret.bilinear_weights_fp16 = bilinear_weights_fp16;
691         ret.bilinear_weights_fp32 = bilinear_weights_fp32;
692         return ret;
693 }
694
695 void SingleResamplePassEffect::set_gl_state(GLuint glsl_program_num, const string &prefix, unsigned *sampler_num)
696 {
697         Effect::set_gl_state(glsl_program_num, prefix, sampler_num);
698
699         assert(input_width > 0);
700         assert(input_height > 0);
701         assert(output_width > 0);
702         assert(output_height > 0);
703
704         if (input_width != last_input_width ||
705             input_height != last_input_height ||
706             output_width != last_output_width ||
707             output_height != last_output_height ||
708             offset != last_offset ||
709             zoom != last_zoom) {
710                 update_texture(glsl_program_num, prefix, sampler_num);
711                 last_input_width = input_width;
712                 last_input_height = input_height;
713                 last_output_width = output_width;
714                 last_output_height = output_height;
715                 last_offset = offset;
716                 last_zoom = zoom;
717         }
718
719         glActiveTexture(GL_TEXTURE0 + *sampler_num);
720         check_error();
721         glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texnum);
722         check_error();
723
724         uniform_sample_tex = *sampler_num;
725         ++*sampler_num;
726         uniform_num_samples = src_bilinear_samples;
727         uniform_num_loops = num_loops;
728         uniform_slice_height = slice_height;
729
730         // Instructions for how to convert integer sample numbers to positions in the weight texture.
731         uniform_sample_x_scale = 1.0f / src_bilinear_samples;
732         uniform_sample_x_offset = 0.5f / src_bilinear_samples;
733
734         if (direction == SingleResamplePassEffect::VERTICAL) {
735                 uniform_whole_pixel_offset = lrintf(offset) / float(input_height);
736         } else {
737                 uniform_whole_pixel_offset = lrintf(offset) / float(input_width);
738         }
739
740         // We specifically do not want mipmaps on the input texture;
741         // they break minification.
742         Node *self = chain->find_node_for_effect(this);
743         if (chain->has_input_sampler(self, 0)) {
744                 glActiveTexture(chain->get_input_sampler(self, 0));
745                 check_error();
746                 glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR);
747                 check_error();
748         }
749 }
750
751 }  // namespace movit