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         register_uniform_float("linear_scale", &uniform_linear_scale);
  16         register_uniform_float_array("c", uniform_c, 5);
  17         register_uniform_float("beta", &uniform_beta);
  18 }
  19
  20 string GammaCompressionEffect::output_fragment_shader()
  21 {
  22         if (destination_curve == GAMMA_LINEAR) {
  23                 return read_file("identity.frag");
  24         }
  25         if (destination_curve == GAMMA_sRGB ||
  26             destination_curve == GAMMA_REC_709 ||  // Also includes Rec. 601, and 10-bit Rec. 2020.
  27             destination_curve == GAMMA_REC_2020_12_BIT) {
  28                 return read_file("gamma_compression_effect.frag");
  29         }
  30         assert(false);
  31 }
  32
  33 void GammaCompressionEffect::set_gl_state(GLuint glsl_program_num, const string &prefix, unsigned *sampler_num)
  34 {
  35         Effect::set_gl_state(glsl_program_num, prefix, sampler_num);
  36
  37         // See GammaExpansionEffect for more details about the approximations in use;
  38         // we will primarily deal with the differences here.
  39         //
  40         // Like in expansion, we have a piecewise curve that for very low values
  41         // (up to some β) are linear. Above β, we have a power curve that looks
  42         // like this:
  43         //
  44         //   y = ɑ x^ɣ - (ɑ - 1)
  45         //
  46         // Like in expansion, we want to approximate this by some minimax polynomial
  47         // in the range β..1. However, in this case, ɣ is typically around 0.4, and
  48         // x^0.4 is actually very hard to approximate accurately in this range.
  49         // We do a little trick by instead asking for a polynomial of s=sqrt(x),
  50         // which means we instead need something like s^0.8, which is much easier.
  51         // This warps the input space a bit as seen by the minimax algorithm,
  52         // but since we are optimizing for _maximum_ error and not _average_,
  53         // we should not add any extra weighting factors.
  54         //
  55         // However, since we have problems reaching the desired accuracy (~25%
  56         // of a pixel level), especially for sRGB, we modify w(x) from
  57         // GammaExpansionEffect to remove the special handling of the area
  58         // around β; it is not really as useful when the next step is just a
  59         // dither and round anyway. We keep it around 1, though, since that
  60         // seems to hurt less.
  61         //
  62         // The Maple commands this time around become (again using sRGB as an example):
  63         //
  64         // > alpha := 1.055;
  65         // > beta := 0.0031308;
  66         // > gamma_ := 1.0/2.4;
  67         // > w := x -> piecewise(x > 0.999, 10, 1);
  68         // > numapprox[minimax](alpha * (x^2)^gamma_ - (alpha - 1), x=sqrt(beta)..1, [4,0], w(x^2), 'maxerror');
  69         //
  70         // Since the error here is possible to interpret on a uniform scale,
  71         // we also show it as a value relative to a 8-, 10- or 12-bit pixel level,
  72         // as appropriate.
  73
  74         if (destination_curve == GAMMA_sRGB) {
  75                 // From the Wikipedia article on sRGB; ɑ (called a+1 there) = 1.055,
  76                 // β = 0.0031308, ɣ = 1/2.4.
  77                 // maxerror      = 0.000785 = 0.200 * 255
  78                 // error at 1.0  = 0.000078 = 0.020 * 255
  79                 uniform_linear_scale = 12.92;
  80                 uniform_c[0] = -0.03679675939;
  81                 uniform_c[1] = 1.443803073;
  82                 uniform_c[2] = -0.9239780987;
  83                 uniform_c[3] = 0.8060491596;
  84                 uniform_c[4] = -0.2891558568;
  85                 uniform_beta = 0.0031308;
  86         }
  87         if (destination_curve == GAMMA_REC_709) {  // Also includes Rec. 601, and 10-bit Rec. 2020.
  88                 // Rec. 2020, page 3; ɑ = 1.099, β = 0.018, ɣ = 0.45.
  89                 // maxerror      = 0.000131 = 0.033 * 255 = 0.134 * 1023
  90                 // error at 1.0  = 0.000013 = 0.003 * 255 = 0.013 * 1023
  91                 uniform_linear_scale = 4.5;
  92                 uniform_c[0] = -0.08541688528;
  93                 uniform_c[1] = 1.292793370;
  94                 uniform_c[2] = -0.4070417645;
  95                 uniform_c[3] = 0.2923891828;
  96                 uniform_c[4] = -0.09273699351;
  97                 uniform_beta = 0.018;
  98         }
  99         if (destination_curve == GAMMA_REC_2020_12_BIT) {
 100                 // Rec. 2020, page 3; ɑ = 1.0993, β = 0.0181, ɣ = 0.45.
 101                 // maxerror      = 0.000130 = 0.533 * 4095
 102                 // error at 1.0  = 0.000013 = 0.053 * 4095
 103                 //
 104                 // Note that this error is above one half of a pixel level,
 105                 // which means that a few values will actually be off in the lowest
 106                 // bit. (Removing the constraint for x=1 will only take this down
 107                 // from 0.553 to 0.501; adding a fifth order can get it down to
 108                 // 0.167, although this assumes working in fp64 and not fp32.)
 109                 uniform_linear_scale = 4.5;
 110                 uniform_c[0] = -0.08569685663;
 111                 uniform_c[1] = 1.293000900;
 112                 uniform_c[2] = -0.4067291321;
 113                 uniform_c[3] = 0.2919741179;
 114                 uniform_c[4] = -0.09256205770;
 115                 uniform_beta = 0.0181;
 116         }
 117 }
 118
 119 }  // namespace movit