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

   1 #include <Eigen/Core>
   2 #include <Eigen/LU>
   3
   4 #include "ycbcr.h"
   5
   6 using namespace Eigen;
   7
   8 namespace movit {
   9
  10 // OpenGL has texel center in (0.5, 0.5), but different formats have
  11 // chroma in various other places. If luma samples are X, the chroma
  12 // sample is *, and subsampling is 3x3, the situation with chroma
  13 // center in (0.5, 0.5) looks approximately like this:
  14 //
  15 //   X   X
  16 //     *
  17 //   X   X
  18 //
  19 // If, on the other hand, chroma center is in (0.0, 0.5) (common
  20 // for e.g. MPEG-4), the figure changes to:
  21 //
  22 //   X   X
  23 //   *
  24 //   X   X
  25 //
  26 // In other words, (0.0, 0.0) means that the chroma sample is exactly
  27 // co-sited on top of the top-left luma sample. Note, however, that
  28 // this is _not_ 0.5 texels to the left, since the OpenGL's texel center
  29 // is in (0.5, 0.5); it is in (0.25, 0.25). In a sense, the four luma samples
  30 // define a square where chroma position (0.0, 0.0) is in texel position
  31 // (0.25, 0.25) and chroma position (1.0, 1.0) is in texel position (0.75, 0.75)
  32 // (the outer border shows the borders of the texel itself, ie. from
  33 // (0, 0) to (1, 1)):
  34 //
  35 //  ---------
  36 // |         |
  37 // |  X---X  |
  38 // |  | * |  |
  39 // |  X---X  |
  40 // |         |
  41 //  ---------
  42 //
  43 // Also note that if we have no subsampling, the square will have zero
  44 // area and the chroma position does not matter at all.
  45 float compute_chroma_offset(float pos, unsigned subsampling_factor, unsigned resolution)
  46 {
  47         float local_chroma_pos = (0.5 + pos * (subsampling_factor - 1)) / subsampling_factor;
  48         return (0.5 - local_chroma_pos) / resolution;
  49 }
  50
  51 // Given <ycbcr_format>, compute the values needed to turn Y'CbCr into R'G'B';
  52 // first subtract the returned offset, then left-multiply the returned matrix
  53 // (the scaling is already folded into it).
  54 void compute_ycbcr_matrix(YCbCrFormat ycbcr_format, float* offset, Matrix3d* ycbcr_to_rgb)
  55 {
  56         double coeff[3], scale[3];
  57
  58         switch (ycbcr_format.luma_coefficients) {
  59         case YCBCR_REC_601:
  60                 // Rec. 601, page 2.
  61                 coeff[0] = 0.299;
  62                 coeff[1] = 0.587;
  63                 coeff[2] = 0.114;
  64                 break;
  65
  66         case YCBCR_REC_709:
  67                 // Rec. 709, page 19.
  68                 coeff[0] = 0.2126;
  69                 coeff[1] = 0.7152;
  70                 coeff[2] = 0.0722;
  71                 break;
  72
  73         case YCBCR_REC_2020:
  74                 // Rec. 2020, page 4.
  75                 coeff[0] = 0.2627;
  76                 coeff[1] = 0.6780;
  77                 coeff[2] = 0.0593;
  78                 break;
  79
  80         default:
  81                 assert(false);
  82         }
  83
  84         if (ycbcr_format.full_range) {
  85                 offset[0] = 0.0 / 255.0;
  86                 offset[1] = 128.0 / 255.0;
  87                 offset[2] = 128.0 / 255.0;
  88
  89                 scale[0] = 1.0;
  90                 scale[1] = 1.0;
  91                 scale[2] = 1.0;
  92         } else {
  93                 // Rec. 601, page 4; Rec. 709, page 19; Rec. 2020, page 4.
  94                 offset[0] = 16.0 / 255.0;
  95                 offset[1] = 128.0 / 255.0;
  96                 offset[2] = 128.0 / 255.0;
  97
  98                 scale[0] = 255.0 / 219.0;
  99                 scale[1] = 255.0 / 224.0;
 100                 scale[2] = 255.0 / 224.0;
 101         }
 102
 103         // Matrix to convert RGB to YCbCr. See e.g. Rec. 601.
 104         Matrix3d rgb_to_ycbcr;
 105         rgb_to_ycbcr(0,0) = coeff[0];
 106         rgb_to_ycbcr(0,1) = coeff[1];
 107         rgb_to_ycbcr(0,2) = coeff[2];
 108
 109         float cb_fac = (224.0 / 219.0) / (coeff[0] + coeff[1] + 1.0f - coeff[2]);
 110         rgb_to_ycbcr(1,0) = -coeff[0] * cb_fac;
 111         rgb_to_ycbcr(1,1) = -coeff[1] * cb_fac;
 112         rgb_to_ycbcr(1,2) = (1.0f - coeff[2]) * cb_fac;
 113
 114         float cr_fac = (224.0 / 219.0) / (1.0f - coeff[0] + coeff[1] + coeff[2]);
 115         rgb_to_ycbcr(2,0) = (1.0f - coeff[0]) * cr_fac;
 116         rgb_to_ycbcr(2,1) = -coeff[1] * cr_fac;
 117         rgb_to_ycbcr(2,2) = -coeff[2] * cr_fac;
 118
 119         // Inverting the matrix gives us what we need to go from YCbCr back to RGB.
 120         *ycbcr_to_rgb = rgb_to_ycbcr.inverse();
 121
 122         // Fold in the scaling.
 123         *ycbcr_to_rgb *= Map<const Vector3d>(scale).asDiagonal();
 124 }
 125
 126 }  // namespace movit