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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012-2013 Oka Motofumi (chikuzen.mo at gmail dot com)
   3  * Copyright (c) 2015 Paul B Mahol
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "libavutil/avstring.h"
  23 #include "libavutil/imgutils.h"
  24 #include "libavutil/opt.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26 #include "avfilter.h"
  27 #include "formats.h"
  28 #include "internal.h"
  29 #include "video.h"
  30
  31 typedef struct ConvolutionContext {
  32     const AVClass *class;
  33
  34     char *matrix_str[4];
  35     float rdiv[4];
  36     float bias[4];
  37
  38     int bstride;
  39     uint8_t *buffer;
  40     int nb_planes;
  41     int planewidth[4];
  42     int planeheight[4];
  43     int matrix[4][25];
  44     int matrix_length[4];
  45     int copy[4];
  46
  47     void (*filter[4])(struct ConvolutionContext *s, AVFrame *in, AVFrame *out, int plane);
  48 } ConvolutionContext;
  49
  50 #define OFFSET(x) offsetof(ConvolutionContext, x)
  51 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  52
  53 static const AVOption convolution_options[] = {
  54     { "0m", "set matrix for 1st plane", OFFSET(matrix_str[0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
  55     { "1m", "set matrix for 2nd plane", OFFSET(matrix_str[1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
  56     { "2m", "set matrix for 3rd plane", OFFSET(matrix_str[2]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
  57     { "3m", "set matrix for 4th plane", OFFSET(matrix_str[3]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0 0 0 0 1 0 0 0 0"}, 0, 0, FLAGS },
  58     { "0rdiv", "set rdiv for 1st plane", OFFSET(rdiv[0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  59     { "1rdiv", "set rdiv for 2nd plane", OFFSET(rdiv[1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  60     { "2rdiv", "set rdiv for 3rd plane", OFFSET(rdiv[2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  61     { "3rdiv", "set rdiv for 4th plane", OFFSET(rdiv[3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  62     { "0bias", "set bias for 1st plane", OFFSET(bias[0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  63     { "1bias", "set bias for 2nd plane", OFFSET(bias[1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  64     { "2bias", "set bias for 3rd plane", OFFSET(bias[2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  65     { "3bias", "set bias for 4th plane", OFFSET(bias[3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  66     { NULL }
  67 };
  68
  69 AVFILTER_DEFINE_CLASS(convolution);
  70
  71 static const int same3x3[9] = {0, 0, 0,
  72                                0, 1, 0,
  73                                0, 0, 0};
  74
  75 static const int same5x5[25] = {0, 0, 0, 0, 0,
  76                                 0, 0, 0, 0, 0,
  77                                 0, 0, 1, 0, 0,
  78                                 0, 0, 0, 0, 0,
  79                                 0, 0, 0, 0, 0};
  80
  81 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  82 {
  83     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  84         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
  85         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
  86         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
  87         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
  88         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
  89         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRAP,
  90         AV_PIX_FMT_GRAY8,
  91         AV_PIX_FMT_NONE
  92     };
  93
  94     return ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
  95 }
  96
  97 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
  98 {
  99     ConvolutionContext *s = inlink->dst->priv;
 100     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 101     int ret;
 102
 103     if ((ret = av_image_fill_linesizes(s->planewidth, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 104         return ret;
 105
 106     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 107     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 108
 109     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 110
 111     s->bstride = s->planewidth[0] + 32;
 112     s->buffer = av_malloc(5 * s->bstride);
 113     if (!s->buffer)
 114         return AVERROR(ENOMEM);
 115
 116     return 0;
 117 }
 118
 119 static inline void line_copy8(uint8_t *line, const uint8_t *srcp, int width, int mergin)
 120 {
 121     int i;
 122
 123     memcpy(line, srcp, width);
 124
 125     for (i = mergin; i > 0; i--) {
 126         line[-i] = line[i];
 127         line[width - 1 + i] = line[width - 1 - i];
 128     }
 129 }
 130
 131 static void filter_3x3(ConvolutionContext *s, AVFrame *in, AVFrame *out, int plane)
 132 {
 133     const uint8_t *src = in->data[plane];
 134     uint8_t *dst = out->data[plane];
 135     const int stride = in->linesize[plane];
 136     const int bstride = s->bstride;
 137     const int height = s->planeheight[plane];
 138     const int width  = s->planewidth[plane];
 139     uint8_t *p0 = s->buffer + 16;
 140     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 141     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 142     uint8_t *orig = p0, *end = p2;
 143     const int *matrix = s->matrix[plane];
 144     const float rdiv = s->rdiv[plane];
 145     const float bias = s->bias[plane];
 146     int y, x;
 147
 148     line_copy8(p0, src + stride, width, 1);
 149     line_copy8(p1, src, width, 1);
 150
 151     for (y = 0; y < height; y++) {
 152         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 153         line_copy8(p2, src, width, 1);
 154
 155         for (x = 0; x < width; x++) {
 156             int sum = p0[x - 1] * matrix[0] +
 157                       p0[x] *     matrix[1] +
 158                       p0[x + 1] * matrix[2] +
 159                       p1[x - 1] * matrix[3] +
 160                       p1[x] *     matrix[4] +
 161                       p1[x + 1] * matrix[5] +
 162                       p2[x - 1] * matrix[6] +
 163                       p2[x] *     matrix[7] +
 164                       p2[x + 1] * matrix[8];
 165             sum = (int)(sum * rdiv + bias + 0.5f);
 166             dst[x] = av_clip_uint8(sum);
 167         }
 168
 169         p0 = p1;
 170         p1 = p2;
 171         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 172         dst += out->linesize[plane];
 173     }
 174 }
 175
 176 static void filter_5x5(ConvolutionContext *s, AVFrame *in, AVFrame *out, int plane)
 177 {
 178     const uint8_t *src = in->data[plane];
 179     uint8_t *dst = out->data[plane];
 180     const int stride = in->linesize[plane];
 181     const int bstride = s->bstride;
 182     const int height = s->planeheight[plane];
 183     const int width  = s->planewidth[plane];
 184     uint8_t *p0 = s->buffer + 16;
 185     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 186     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 187     uint8_t *p3 = p2 + bstride;
 188     uint8_t *p4 = p3 + bstride;
 189     uint8_t *orig = p0, *end = p4;
 190     const int *matrix = s->matrix[plane];
 191     float rdiv = s->rdiv[plane];
 192     float bias = s->bias[plane];
 193     int y, x, i;
 194
 195     line_copy8(p0, src + 2 * stride, width, 2);
 196     line_copy8(p1, src + stride, width, 2);
 197     line_copy8(p2, src, width, 2);
 198     src += stride;
 199     line_copy8(p3, src, width, 2);
 200
 201
 202     for (y = 0; y < height; y++) {
 203         uint8_t *array[] = {
 204             p0 - 2, p0 - 1, p0, p0 + 1, p0 + 2,
 205             p1 - 2, p1 - 1, p1, p1 + 1, p1 + 2,
 206             p2 - 2, p2 - 1, p2, p2 + 1, p2 + 2,
 207             p3 - 2, p3 - 1, p3, p3 + 1, p3 + 2,
 208             p4 - 2, p4 - 1, p4, p4 + 1, p4 + 2
 209         };
 210
 211         src += stride * (y < height - 2 ? 1 : -1);
 212         line_copy8(p4, src, width, 2);
 213
 214         for (x = 0; x < width; x++) {
 215             int sum = 0;
 216
 217             for (i = 0; i < 25; i++) {
 218                 sum += *(array[i] + x) * matrix[i];
 219             }
 220             sum = (int)(sum * rdiv + bias + 0.5f);
 221             dst[x] = av_clip_uint8(sum);
 222         }
 223
 224         p0 = p1;
 225         p1 = p2;
 226         p2 = p3;
 227         p3 = p4;
 228         p4 = (p4 == end) ? orig: p4 + bstride;
 229         dst += out->linesize[plane];
 230     }
 231 }
 232
 233 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 234 {
 235     ConvolutionContext *s = inlink->dst->priv;
 236     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 237     AVFrame *out;
 238     int plane;
 239
 240     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 241     if (!out) {
 242         av_frame_free(&in);
 243         return AVERROR(ENOMEM);
 244     }
 245     av_frame_copy_props(out, in);
 246
 247     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 248         if (s->copy[plane]) {
 249             av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 250                                 in->data[plane], in->linesize[plane],
 251                                 s->planewidth[plane],
 252                                 s->planeheight[plane]);
 253             continue;
 254         }
 255
 256         s->filter[plane](s, in, out, plane);
 257     }
 258
 259     av_frame_free(&in);
 260     return ff_filter_frame(outlink, out);
 261 }
 262
 263 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 264 {
 265     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 266     int i;
 267
 268     for (i = 0; i < 4; i++) {
 269         int *matrix = (int *)s->matrix[i];
 270         char *p, *arg, *saveptr = NULL;
 271
 272         p = s->matrix_str[i];
 273         while (s->matrix_length[i] < 25) {
 274             if (!(arg = av_strtok(p, " ", &saveptr)))
 275                 break;
 276
 277             p = NULL;
 278             sscanf(arg, "%d", &matrix[s->matrix_length[i]]);
 279             s->matrix_length[i]++;
 280         }
 281
 282         if (s->matrix_length[i] == 9) {
 283             if (!memcmp(matrix, same3x3, sizeof(same3x3)))
 284                 s->copy[i] = 1;
 285             else
 286                 s->filter[i] = filter_3x3;
 287         } else if (s->matrix_length[i] == 25) {
 288             if (!memcmp(matrix, same5x5, sizeof(same5x5)))
 289                 s->copy[i] = 1;
 290             else
 291                 s->filter[i] = filter_5x5;
 292         } else {
 293             return AVERROR(EINVAL);
 294         }
 295     }
 296
 297     return 0;
 298 }
 299
 300 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 301 {
 302     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 303
 304     av_freep(&s->buffer);
 305 }
 306
 307 static const AVFilterPad convolution_inputs[] = {
 308     {
 309         .name         = "default",
 310         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 311         .config_props = config_input,
 312         .filter_frame = filter_frame,
 313     },
 314     { NULL }
 315 };
 316
 317 static const AVFilterPad convolution_outputs[] = {
 318     {
 319         .name = "default",
 320         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 321     },
 322     { NULL }
 323 };
 324
 325 AVFilter ff_vf_convolution = {
 326     .name          = "convolution",
 327     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply convolution filter."),
 328     .priv_size     = sizeof(ConvolutionContext),
 329     .priv_class    = &convolution_class,
 330     .init          = init,
 331     .uninit        = uninit,
 332     .query_formats = query_formats,
 333     .inputs        = convolution_inputs,
 334     .outputs       = convolution_outputs,
 335     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
 336 };