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

   1 #include <assert.h>
   2
   3 #include "effect_util.h"
   4 #include "gamma_compression_effect.h"
   5 #include "util.h"
   6
   7 using namespace std;
   8
   9 namespace movit {
  10
  11 GammaCompressionEffect::GammaCompressionEffect()
  12         : destination_curve(GAMMA_LINEAR)
  13 {
  14         register_int("destination_curve", (int *)&destination_curve);
  15 }
  16
  17 string GammaCompressionEffect::output_fragment_shader()
  18 {
  19         if (destination_curve == GAMMA_LINEAR) {
  20                 return read_file("identity.frag");
  21         }
  22         if (destination_curve == GAMMA_sRGB ||
  23             destination_curve == GAMMA_REC_709 ||  // Also includes Rec. 601, and 10-bit Rec. 2020.
  24             destination_curve == GAMMA_REC_2020_12_BIT) {
  25                 return read_file("gamma_compression_effect.frag");
  26         }
  27         assert(false);
  28 }
  29
  30 void GammaCompressionEffect::set_gl_state(GLuint glsl_program_num, const string &prefix, unsigned *sampler_num)
  31 {
  32         Effect::set_gl_state(glsl_program_num, prefix, sampler_num);
  33
  34         // See GammaExpansionEffect for more details about the approximations in use;
  35         // we will primarily deal with the differences here.
  36         //
  37         // Like in expansion, we have a piecewise curve that for very low values
  38         // (up to some β) are linear. Above β, we have a power curve that looks
  39         // like this:
  40         //
  41         //   y = ɑ x^ɣ - (ɑ - 1)
  42         //
  43         // Like in expansion, we want to approximate this by some minimax polynomial
  44         // in the range β..1. However, in this case, ɣ is typically around 0.4, and
  45         // x^0.4 is actually very hard to approximate accurately in this range.
  46         // We do a little trick by instead asking for a polynomial of s=sqrt(x),
  47         // which means we instead need something like s^0.8, which is much easier.
  48         // This warps the input space a bit as seen by the minimax algorithm,
  49         // but since we are optimizing for _maximum_ error and not _average_,
  50         // we should not add any extra weighting factors.
  51         //
  52         // However, since we have problems reaching the desired accuracy (~25%
  53         // of a pixel level), especially for sRGB, we modify w(x) from
  54         // GammaExpansionEffect to remove the special handling of the area
  55         // around β; it is not really as useful when the next step is just a
  56         // dither and round anyway. We keep it around 1, though, since that
  57         // seems to hurt less.
  58         //
  59         // The Maple commands this time around become (again using sRGB as an example):
  60         //
  61         // > alpha := 1.055;
  62         // > beta := 0.0031308;
  63         // > gamma_ := 1.0/2.4;
  64         // > w := x -> piecewise(x > 0.999, 10, 1);
  65         // > numapprox[minimax](alpha * (x^2)^gamma_ - (alpha - 1), x=sqrt(beta)..1, [4,0], w(x^2), 'maxerror');
  66         //
  67         // Since the error here is possible to interpret on a uniform scale,
  68         // we also show it as a value relative to a 8-, 10- or 12-bit pixel level,
  69         // as appropriate.
  70
  71         if (destination_curve == GAMMA_sRGB) {
  72                 // From the Wikipedia article on sRGB; ɑ (called a+1 there) = 1.055,
  73                 // β = 0.0031308, ɣ = 1/2.4.
  74                 // maxerror      = 0.000785 = 0.200 * 255
  75                 // error at 1.0  = 0.000078 = 0.020 * 255
  76                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "linear_scale", 12.92);
  77                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c0", -0.03679675939);
  78                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c1", 1.443803073);
  79                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c2", -0.9239780987);
  80                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c3", 0.8060491596);
  81                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c4", -0.2891558568);
  82                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "beta", 0.0031308);
  83         }
  84         if (destination_curve == GAMMA_REC_709) {  // Also includes Rec. 601, and 10-bit Rec. 2020.
  85                 // Rec. 2020, page 3; ɑ = 1.099, β = 0.018, ɣ = 0.45.
  86                 // maxerror      = 0.000131 = 0.033 * 255 = 0.134 * 1023
  87                 // error at 1.0  = 0.000013 = 0.003 * 255 = 0.013 * 1023
  88                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "linear_scale", 4.5);
  89                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c0", -0.08541688528);
  90                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c1", 1.292793370);
  91                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c2", -0.4070417645);
  92                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c3", 0.2923891828);
  93                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c4", -0.09273699351);
  94                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "beta", 0.018);
  95         }
  96         if (destination_curve == GAMMA_REC_2020_12_BIT) {
  97                 // Rec. 2020, page 3; ɑ = 1.0993, β = 0.0181, ɣ = 0.45.
  98                 // maxerror      = 0.000130 = 0.533 * 4095
  99                 // error at 1.0  = 0.000013 = 0.053 * 4095
 100                 //
 101                 // Note that this error is above one half of a pixel level,
 102                 // which means that a few values will actually be off in the lowest
 103                 // bit. (Removing the constraint for x=1 will only take this down
 104                 // from 0.553 to 0.501; adding a fifth order can get it down to
 105                 // 0.167, although this assumes working in fp64 and not fp32.)
 106                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "linear_scale", 4.5);
 107                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c0", -0.08569685663);
 108                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c1", 1.293000900);
 109                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c2", -0.4067291321);
 110                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c3", 0.2919741179);
 111                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "c4", -0.09256205770);
 112                 set_uniform_float(glsl_program_num, prefix, "beta", 0.0181);
 113         }
 114 }
 115
 116 }  // namespace movit