Add a small note on unit testing of ycbcr.cpp.
[movit] / ycbcr.cpp
1 // Note: This file does not have its own unit test; it is tested mainly
2 // through YCbCrInput's unit tests.
3
4 #include <Eigen/Core>
5 #include <Eigen/LU>
6
7 #include "ycbcr.h"
8
9 using namespace Eigen;
10
11 namespace movit {
12
13 // OpenGL has texel center in (0.5, 0.5), but different formats have
14 // chroma in various other places. If luma samples are X, the chroma
15 // sample is *, and subsampling is 3x3, the situation with chroma
16 // center in (0.5, 0.5) looks approximately like this:
17 //
18 //   X   X
19 //     *   
20 //   X   X
21 //
22 // If, on the other hand, chroma center is in (0.0, 0.5) (common
23 // for e.g. MPEG-4), the figure changes to:
24 //
25 //   X   X
26 //   *      
27 //   X   X
28 //
29 // In other words, (0.0, 0.0) means that the chroma sample is exactly
30 // co-sited on top of the top-left luma sample. Note, however, that
31 // this is _not_ 0.5 texels to the left, since the OpenGL's texel center
32 // is in (0.5, 0.5); it is in (0.25, 0.25). In a sense, the four luma samples
33 // define a square where chroma position (0.0, 0.0) is in texel position
34 // (0.25, 0.25) and chroma position (1.0, 1.0) is in texel position (0.75, 0.75)
35 // (the outer border shows the borders of the texel itself, ie. from
36 // (0, 0) to (1, 1)):
37 //
38 //  ---------
39 // |         |
40 // |  X---X  |
41 // |  | * |  |
42 // |  X---X  |
43 // |         |
44 //  ---------
45 //
46 // Also note that if we have no subsampling, the square will have zero
47 // area and the chroma position does not matter at all.
48 float compute_chroma_offset(float pos, unsigned subsampling_factor, unsigned resolution)
49 {
50         float local_chroma_pos = (0.5 + pos * (subsampling_factor - 1)) / subsampling_factor;
51         return (0.5 - local_chroma_pos) / resolution;
52 }
53
54 // Given <ycbcr_format>, compute the values needed to turn Y'CbCr into R'G'B';
55 // first subtract the returned offset, then left-multiply the returned matrix
56 // (the scaling is already folded into it).
57 void compute_ycbcr_matrix(YCbCrFormat ycbcr_format, float* offset, Matrix3d* ycbcr_to_rgb)
58 {
59         double coeff[3], scale[3];
60
61         switch (ycbcr_format.luma_coefficients) {
62         case YCBCR_REC_601:
63                 // Rec. 601, page 2.
64                 coeff[0] = 0.299;
65                 coeff[1] = 0.587;
66                 coeff[2] = 0.114;
67                 break;
68
69         case YCBCR_REC_709:
70                 // Rec. 709, page 19.
71                 coeff[0] = 0.2126;
72                 coeff[1] = 0.7152;
73                 coeff[2] = 0.0722;
74                 break;
75
76         case YCBCR_REC_2020:
77                 // Rec. 2020, page 4.
78                 coeff[0] = 0.2627;
79                 coeff[1] = 0.6780;
80                 coeff[2] = 0.0593;
81                 break;
82
83         default:
84                 assert(false);
85         }
86
87         if (ycbcr_format.full_range) {
88                 offset[0] = 0.0 / 255.0;
89                 offset[1] = 128.0 / 255.0;
90                 offset[2] = 128.0 / 255.0;
91
92                 scale[0] = 1.0;
93                 scale[1] = 1.0;
94                 scale[2] = 1.0;
95         } else {
96                 // Rec. 601, page 4; Rec. 709, page 19; Rec. 2020, page 4.
97                 offset[0] = 16.0 / 255.0;
98                 offset[1] = 128.0 / 255.0;
99                 offset[2] = 128.0 / 255.0;
100
101                 scale[0] = 255.0 / 219.0;
102                 scale[1] = 255.0 / 224.0;
103                 scale[2] = 255.0 / 224.0;
104         }
105
106         // Matrix to convert RGB to YCbCr. See e.g. Rec. 601.
107         Matrix3d rgb_to_ycbcr;
108         rgb_to_ycbcr(0,0) = coeff[0];
109         rgb_to_ycbcr(0,1) = coeff[1];
110         rgb_to_ycbcr(0,2) = coeff[2];
111
112         float cb_fac = (224.0 / 219.0) / (coeff[0] + coeff[1] + 1.0f - coeff[2]);
113         rgb_to_ycbcr(1,0) = -coeff[0] * cb_fac;
114         rgb_to_ycbcr(1,1) = -coeff[1] * cb_fac;
115         rgb_to_ycbcr(1,2) = (1.0f - coeff[2]) * cb_fac;
116
117         float cr_fac = (224.0 / 219.0) / (1.0f - coeff[0] + coeff[1] + coeff[2]);
118         rgb_to_ycbcr(2,0) = (1.0f - coeff[0]) * cr_fac;
119         rgb_to_ycbcr(2,1) = -coeff[1] * cr_fac;
120         rgb_to_ycbcr(2,2) = -coeff[2] * cr_fac;
121
122         // Inverting the matrix gives us what we need to go from YCbCr back to RGB.
123         *ycbcr_to_rgb = rgb_to_ycbcr.inverse();
124
125         // Fold in the scaling.
126         *ycbcr_to_rgb *= Map<const Vector3d>(scale).asDiagonal();
127 }
128
129 }  // namespace movit