git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/colorspace.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2016 Ronald S. Bultje <rsbultje@gmail.com>
   3  * This file is part of FFmpeg.
   4  *
   5  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   6  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   7  * License as published by the Free Software Foundation; either
   8  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
   9  *
  10  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  13  * Lesser General Public License for more details.
  14  *
  15  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  16  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  17  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  18  */
  19
  20 #include "libavutil/frame.h"
  21 #include "libavutil/mastering_display_metadata.h"
  22 #include "libavutil/pixdesc.h"
  23
  24 #include "colorspace.h"
  25
  26
  27 void ff_matrix_invert_3x3(const double in[3][3], double out[3][3])
  28 {
  29     double m00 = in[0][0], m01 = in[0][1], m02 = in[0][2],
  30            m10 = in[1][0], m11 = in[1][1], m12 = in[1][2],
  31            m20 = in[2][0], m21 = in[2][1], m22 = in[2][2];
  32     int i, j;
  33     double det;
  34
  35     out[0][0] =  (m11 * m22 - m21 * m12);
  36     out[0][1] = -(m01 * m22 - m21 * m02);
  37     out[0][2] =  (m01 * m12 - m11 * m02);
  38     out[1][0] = -(m10 * m22 - m20 * m12);
  39     out[1][1] =  (m00 * m22 - m20 * m02);
  40     out[1][2] = -(m00 * m12 - m10 * m02);
  41     out[2][0] =  (m10 * m21 - m20 * m11);
  42     out[2][1] = -(m00 * m21 - m20 * m01);
  43     out[2][2] =  (m00 * m11 - m10 * m01);
  44
  45     det = m00 * out[0][0] + m10 * out[0][1] + m20 * out[0][2];
  46     det = 1.0 / det;
  47
  48     for (i = 0; i < 3; i++) {
  49         for (j = 0; j < 3; j++)
  50             out[i][j] *= det;
  51     }
  52 }
  53
  54 void ff_matrix_mul_3x3(double dst[3][3],
  55                const double src1[3][3], const double src2[3][3])
  56 {
  57     int m, n;
  58
  59     for (m = 0; m < 3; m++)
  60         for (n = 0; n < 3; n++)
  61             dst[m][n] = src2[m][0] * src1[0][n] +
  62                         src2[m][1] * src1[1][n] +
  63                         src2[m][2] * src1[2][n];
  64 }
  65 /*
  66  * see e.g. http://www.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.html
  67  */
  68 void ff_fill_rgb2xyz_table(const struct PrimaryCoefficients *coeffs,
  69                            const struct WhitepointCoefficients *wp,
  70                            double rgb2xyz[3][3])
  71 {
  72     double i[3][3], sr, sg, sb, zw;
  73
  74     rgb2xyz[0][0] = coeffs->xr / coeffs->yr;
  75     rgb2xyz[0][1] = coeffs->xg / coeffs->yg;
  76     rgb2xyz[0][2] = coeffs->xb / coeffs->yb;
  77     rgb2xyz[1][0] = rgb2xyz[1][1] = rgb2xyz[1][2] = 1.0;
  78     rgb2xyz[2][0] = (1.0 - coeffs->xr - coeffs->yr) / coeffs->yr;
  79     rgb2xyz[2][1] = (1.0 - coeffs->xg - coeffs->yg) / coeffs->yg;
  80     rgb2xyz[2][2] = (1.0 - coeffs->xb - coeffs->yb) / coeffs->yb;
  81     ff_matrix_invert_3x3(rgb2xyz, i);
  82     zw = 1.0 - wp->xw - wp->yw;
  83     sr = i[0][0] * wp->xw + i[0][1] * wp->yw + i[0][2] * zw;
  84     sg = i[1][0] * wp->xw + i[1][1] * wp->yw + i[1][2] * zw;
  85     sb = i[2][0] * wp->xw + i[2][1] * wp->yw + i[2][2] * zw;
  86     rgb2xyz[0][0] *= sr;
  87     rgb2xyz[0][1] *= sg;
  88     rgb2xyz[0][2] *= sb;
  89     rgb2xyz[1][0] *= sr;
  90     rgb2xyz[1][1] *= sg;
  91     rgb2xyz[1][2] *= sb;
  92     rgb2xyz[2][0] *= sr;
  93     rgb2xyz[2][1] *= sg;
  94     rgb2xyz[2][2] *= sb;
  95 }
  96 static const double ycgco_matrix[3][3] =
  97 {
  98     {  0.25, 0.5,  0.25 },
  99     { -0.25, 0.5, -0.25 },
 100     {  0.5,  0,   -0.5  },
 101 };
 102
 103 static const double gbr_matrix[3][3] =
 104 {
 105     { 0,    1,   0   },
 106     { 0,   -0.5, 0.5 },
 107     { 0.5, -0.5, 0   },
 108 };
 109
 110 /*
 111  * All constants explained in e.g. https://linuxtv.org/downloads/v4l-dvb-apis/ch02s06.html
 112  * The older ones (bt470bg/m) are also explained in their respective ITU docs
 113  * (e.g. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.470-5-199802-S!!PDF-E.pdf)
 114  * whereas the newer ones can typically be copied directly from wikipedia :)
 115  */
 116 static const struct LumaCoefficients luma_coefficients[AVCOL_SPC_NB] = {
 117     [AVCOL_SPC_FCC]        = { 0.30,   0.59,   0.11   },
 118     [AVCOL_SPC_BT470BG]    = { 0.299,  0.587,  0.114  },
 119     [AVCOL_SPC_SMPTE170M]  = { 0.299,  0.587,  0.114  },
 120     [AVCOL_SPC_BT709]      = { 0.2126, 0.7152, 0.0722 },
 121     [AVCOL_SPC_SMPTE240M]  = { 0.212,  0.701,  0.087  },
 122     [AVCOL_SPC_YCOCG]      = { 0.25,   0.5,    0.25   },
 123     [AVCOL_SPC_RGB]        = { 1,      1,      1      },
 124     [AVCOL_SPC_BT2020_NCL] = { 0.2627, 0.6780, 0.0593 },
 125     [AVCOL_SPC_BT2020_CL]  = { 0.2627, 0.6780, 0.0593 },
 126 };
 127
 128 const struct LumaCoefficients *ff_get_luma_coefficients(enum AVColorSpace csp)
 129 {
 130     const struct LumaCoefficients *coeffs;
 131
 132     if (csp >= AVCOL_SPC_NB)
 133         return NULL;
 134     coeffs = &luma_coefficients[csp];
 135     if (!coeffs->cr)
 136         return NULL;
 137
 138     return coeffs;
 139 }
 140
 141 void ff_fill_rgb2yuv_table(const struct LumaCoefficients *coeffs,
 142                            double rgb2yuv[3][3])
 143 {
 144     double bscale, rscale;
 145
 146     // special ycgco matrix
 147     if (coeffs->cr == 0.25 && coeffs->cg == 0.5 && coeffs->cb == 0.25) {
 148         memcpy(rgb2yuv, ycgco_matrix, sizeof(double) * 9);
 149         return;
 150     } else if (coeffs->cr == 1 && coeffs->cg == 1 && coeffs->cb == 1) {
 151         memcpy(rgb2yuv, gbr_matrix, sizeof(double) * 9);
 152         return;
 153     }
 154
 155     rgb2yuv[0][0] = coeffs->cr;
 156     rgb2yuv[0][1] = coeffs->cg;
 157     rgb2yuv[0][2] = coeffs->cb;
 158     bscale = 0.5 / (coeffs->cb - 1.0);
 159     rscale = 0.5 / (coeffs->cr - 1.0);
 160     rgb2yuv[1][0] = bscale * coeffs->cr;
 161     rgb2yuv[1][1] = bscale * coeffs->cg;
 162     rgb2yuv[1][2] = 0.5;
 163     rgb2yuv[2][0] = 0.5;
 164     rgb2yuv[2][1] = rscale * coeffs->cg;
 165     rgb2yuv[2][2] = rscale * coeffs->cb;
 166 }
 167
 168 double ff_determine_signal_peak(AVFrame *in)
 169 {
 170     AVFrameSideData *sd = av_frame_get_side_data(in, AV_FRAME_DATA_CONTENT_LIGHT_LEVEL);
 171     double peak = 0;
 172
 173     if (sd) {
 174         AVContentLightMetadata *clm = (AVContentLightMetadata *)sd->data;
 175         peak = clm->MaxCLL / REFERENCE_WHITE;
 176     }
 177
 178     sd = av_frame_get_side_data(in, AV_FRAME_DATA_MASTERING_DISPLAY_METADATA);
 179     if (!peak && sd) {
 180         AVMasteringDisplayMetadata *metadata = (AVMasteringDisplayMetadata *)sd->data;
 181         if (metadata->has_luminance)
 182             peak = av_q2d(metadata->max_luminance) / REFERENCE_WHITE;
 183     }
 184
 185     // For untagged source, use peak of 10000 if SMPTE ST.2084
 186     // otherwise assume HLG with reference display peak 1000.
 187     if (!peak)
 188         peak = in->color_trc == AVCOL_TRC_SMPTE2084 ? 100.0f : 10.0f;
 189
 190     return peak;
 191 }
 192
 193 void ff_update_hdr_metadata(AVFrame *in, double peak)
 194 {
 195     AVFrameSideData *sd = av_frame_get_side_data(in, AV_FRAME_DATA_CONTENT_LIGHT_LEVEL);
 196
 197     if (sd) {
 198         AVContentLightMetadata *clm = (AVContentLightMetadata *)sd->data;
 199         clm->MaxCLL = (unsigned)(peak * REFERENCE_WHITE);
 200     }
 201
 202     sd = av_frame_get_side_data(in, AV_FRAME_DATA_MASTERING_DISPLAY_METADATA);
 203     if (sd) {
 204         AVMasteringDisplayMetadata *metadata = (AVMasteringDisplayMetadata *)sd->data;
 205         if (metadata->has_luminance)
 206             metadata->max_luminance = av_d2q(peak * REFERENCE_WHITE, 10000);
 207     }
 208 }