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     float scale;
  38     float delta;
  39     int planes;
  40
  41     int size[4];
  42     int depth;
  43     int bpc;
  44     int bstride;
  45     uint8_t *buffer;
  46     uint8_t **bptrs;
  47     int nb_planes;
  48     int nb_threads;
  49     int planewidth[4];
  50     int planeheight[4];
  51     int matrix[4][25];
  52     int matrix_length[4];
  53     int copy[4];
  54
  55     int (*filter[4])(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
  56 } ConvolutionContext;
  57
  58 #define OFFSET(x) offsetof(ConvolutionContext, x)
  59 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  60
  61 static const AVOption convolution_options[] = {
  62     { "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 },
  63     { "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 },
  64     { "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 },
  65     { "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 },
  66     { "0rdiv", "set rdiv for 1st plane", OFFSET(rdiv[0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  67     { "1rdiv", "set rdiv for 2nd plane", OFFSET(rdiv[1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  68     { "2rdiv", "set rdiv for 3rd plane", OFFSET(rdiv[2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  69     { "3rdiv", "set rdiv for 4th plane", OFFSET(rdiv[3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  70     { "0bias", "set bias for 1st plane", OFFSET(bias[0]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  71     { "1bias", "set bias for 2nd plane", OFFSET(bias[1]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  72     { "2bias", "set bias for 3rd plane", OFFSET(bias[2]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  73     { "3bias", "set bias for 4th plane", OFFSET(bias[3]), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.0}, 0.0, INT_MAX, FLAGS},
  74     { NULL }
  75 };
  76
  77 AVFILTER_DEFINE_CLASS(convolution);
  78
  79 static const int same3x3[9] = {0, 0, 0,
  80                                0, 1, 0,
  81                                0, 0, 0};
  82
  83 static const int same5x5[25] = {0, 0, 0, 0, 0,
  84                                 0, 0, 0, 0, 0,
  85                                 0, 0, 1, 0, 0,
  86                                 0, 0, 0, 0, 0,
  87                                 0, 0, 0, 0, 0};
  88
  89 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  90 {
  91     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  92         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
  93         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
  94         AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
  95         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
  96         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  97         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  98         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  99         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 100         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
 101         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 102         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
 103         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
 104         AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
 105         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
 106         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
 107         AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
 108         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 109         AV_PIX_FMT_NONE
 110     };
 111
 112     return ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 113 }
 114
 115 static inline void line_copy8(uint8_t *line, const uint8_t *srcp, int width, int mergin)
 116 {
 117     int i;
 118
 119     memcpy(line, srcp, width);
 120
 121     for (i = mergin; i > 0; i--) {
 122         line[-i] = line[i];
 123         line[width - 1 + i] = line[width - 1 - i];
 124     }
 125 }
 126
 127 static inline void line_copy16(uint16_t *line, const uint16_t *srcp, int width, int mergin)
 128 {
 129     int i;
 130
 131     memcpy(line, srcp, width * 2);
 132
 133     for (i = mergin; i > 0; i--) {
 134         line[-i] = line[i];
 135         line[width - 1 + i] = line[width - 1 - i];
 136     }
 137 }
 138
 139 typedef struct ThreadData {
 140     AVFrame *in, *out;
 141     int plane;
 142 } ThreadData;
 143
 144 static int filter16_prewitt(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 145 {
 146     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 147     ThreadData *td = arg;
 148     AVFrame *in = td->in;
 149     AVFrame *out = td->out;
 150     const int plane = td->plane;
 151     const int peak = (1 << s->depth) - 1;
 152     const int stride = in->linesize[plane] / 2;
 153     const int bstride = s->bstride;
 154     const int height = s->planeheight[plane];
 155     const int width  = s->planewidth[plane];
 156     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 157     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 158     const uint16_t *src = (const uint16_t *)in->data[plane] + slice_start * stride;
 159     uint16_t *dst = (uint16_t *)out->data[plane] + slice_start * (out->linesize[plane] / 2);
 160     const float scale = s->scale;
 161     const float delta = s->delta;
 162     uint16_t *p0 = (uint16_t *)s->bptrs[jobnr] + 16;
 163     uint16_t *p1 = p0 + bstride;
 164     uint16_t *p2 = p1 + bstride;
 165     uint16_t *orig = p0, *end = p2;
 166     int y, x;
 167
 168     line_copy16(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 169     line_copy16(p1, src, width, 1);
 170
 171     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 172         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 173         line_copy16(p2, src, width, 1);
 174
 175         for (x = 0; x < width; x++) {
 176             int suma = p0[x - 1] * -1 +
 177                        p0[x] *     -1 +
 178                        p0[x + 1] * -1 +
 179                        p2[x - 1] *  1 +
 180                        p2[x] *      1 +
 181                        p2[x + 1] *  1;
 182             int sumb = p0[x - 1] * -1 +
 183                        p0[x + 1] *  1 +
 184                        p1[x - 1] * -1 +
 185                        p1[x + 1] *  1 +
 186                        p2[x - 1] * -1 +
 187                        p2[x + 1] *  1;
 188
 189             dst[x] = av_clip(sqrt(suma*suma + sumb*sumb) * scale + delta, 0, peak);
 190         }
 191
 192         p0 = p1;
 193         p1 = p2;
 194         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 195         dst += out->linesize[plane] / 2;
 196     }
 197
 198     return 0;
 199 }
 200
 201 static int filter16_roberts(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 202 {
 203     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 204     ThreadData *td = arg;
 205     AVFrame *in = td->in;
 206     AVFrame *out = td->out;
 207     const int plane = td->plane;
 208     const int peak = (1 << s->depth) - 1;
 209     const int stride = in->linesize[plane] / 2;
 210     const int bstride = s->bstride;
 211     const int height = s->planeheight[plane];
 212     const int width  = s->planewidth[plane];
 213     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 214     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 215     const uint16_t *src = (const uint16_t *)in->data[plane] + slice_start * stride;
 216     uint16_t *dst = (uint16_t *)out->data[plane] + slice_start * (out->linesize[plane] / 2);
 217     const float scale = s->scale;
 218     const float delta = s->delta;
 219     uint16_t *p0 = (uint16_t *)s->bptrs[jobnr] + 16;
 220     uint16_t *p1 = p0 + bstride;
 221     uint16_t *p2 = p1 + bstride;
 222     uint16_t *orig = p0, *end = p2;
 223     int y, x;
 224
 225     line_copy16(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 226     line_copy16(p1, src, width, 1);
 227
 228     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 229         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 230         line_copy16(p2, src, width, 1);
 231
 232         for (x = 0; x < width; x++) {
 233             int suma = p0[x - 1] *  1 +
 234                        p1[x    ] * -1;
 235             int sumb = p0[x    ] *  1 +
 236                        p1[x - 1] * -1;
 237
 238             dst[x] = av_clip(sqrt(suma*suma + sumb*sumb) * scale + delta, 0, peak);
 239         }
 240
 241         p0 = p1;
 242         p1 = p2;
 243         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 244         dst += out->linesize[plane] / 2;
 245     }
 246
 247     return 0;
 248 }
 249
 250 static int filter16_sobel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 251 {
 252     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 253     ThreadData *td = arg;
 254     AVFrame *in = td->in;
 255     AVFrame *out = td->out;
 256     const int plane = td->plane;
 257     const int peak = (1 << s->depth) - 1;
 258     const int stride = in->linesize[plane] / 2;
 259     const int bstride = s->bstride;
 260     const int height = s->planeheight[plane];
 261     const int width  = s->planewidth[plane];
 262     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 263     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 264     const uint16_t *src = (const uint16_t *)in->data[plane] + slice_start * stride;
 265     uint16_t *dst = (uint16_t *)out->data[plane] + slice_start * (out->linesize[plane] / 2);
 266     const float scale = s->scale;
 267     const float delta = s->delta;
 268     uint16_t *p0 = (uint16_t *)s->bptrs[jobnr] + 16;
 269     uint16_t *p1 = p0 + bstride;
 270     uint16_t *p2 = p1 + bstride;
 271     uint16_t *orig = p0, *end = p2;
 272     int y, x;
 273
 274     line_copy16(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 275     line_copy16(p1, src, width, 1);
 276
 277     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 278         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 279         line_copy16(p2, src, width, 1);
 280
 281         for (x = 0; x < width; x++) {
 282             int suma = p0[x - 1] * -1 +
 283                        p0[x] *     -2 +
 284                        p0[x + 1] * -1 +
 285                        p2[x - 1] *  1 +
 286                        p2[x] *      2 +
 287                        p2[x + 1] *  1;
 288             int sumb = p0[x - 1] * -1 +
 289                        p0[x + 1] *  1 +
 290                        p1[x - 1] * -2 +
 291                        p1[x + 1] *  2 +
 292                        p2[x - 1] * -1 +
 293                        p2[x + 1] *  1;
 294
 295             dst[x] = av_clip(sqrt(suma*suma + sumb*sumb) * scale + delta, 0, peak);
 296         }
 297
 298         p0 = p1;
 299         p1 = p2;
 300         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 301         dst += out->linesize[plane] / 2;
 302     }
 303
 304     return 0;
 305 }
 306
 307 static int filter_prewitt(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 308 {
 309     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 310     ThreadData *td = arg;
 311     AVFrame *in = td->in;
 312     AVFrame *out = td->out;
 313     const int plane = td->plane;
 314     const int stride = in->linesize[plane];
 315     const int bstride = s->bstride;
 316     const int height = s->planeheight[plane];
 317     const int width  = s->planewidth[plane];
 318     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 319     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 320     const uint8_t *src = in->data[plane] + slice_start * stride;
 321     uint8_t *dst = out->data[plane] + slice_start * out->linesize[plane];
 322     const float scale = s->scale;
 323     const float delta = s->delta;
 324     uint8_t *p0 = s->bptrs[jobnr] + 16;
 325     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 326     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 327     uint8_t *orig = p0, *end = p2;
 328     int y, x;
 329
 330     line_copy8(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 331     line_copy8(p1, src, width, 1);
 332
 333     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 334         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 335         line_copy8(p2, src, width, 1);
 336
 337         for (x = 0; x < width; x++) {
 338             int suma = p0[x - 1] * -1 +
 339                        p0[x] *     -1 +
 340                        p0[x + 1] * -1 +
 341                        p2[x - 1] *  1 +
 342                        p2[x] *      1 +
 343                        p2[x + 1] *  1;
 344             int sumb = p0[x - 1] * -1 +
 345                        p0[x + 1] *  1 +
 346                        p1[x - 1] * -1 +
 347                        p1[x + 1] *  1 +
 348                        p2[x - 1] * -1 +
 349                        p2[x + 1] *  1;
 350
 351             dst[x] = av_clip_uint8(sqrt(suma*suma + sumb*sumb) * scale + delta);
 352         }
 353
 354         p0 = p1;
 355         p1 = p2;
 356         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 357         dst += out->linesize[plane];
 358     }
 359
 360     return 0;
 361 }
 362
 363 static int filter_roberts(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 364 {
 365     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 366     ThreadData *td = arg;
 367     AVFrame *in = td->in;
 368     AVFrame *out = td->out;
 369     const int plane = td->plane;
 370     const int stride = in->linesize[plane];
 371     const int bstride = s->bstride;
 372     const int height = s->planeheight[plane];
 373     const int width  = s->planewidth[plane];
 374     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 375     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 376     const uint8_t *src = in->data[plane] + slice_start * stride;
 377     uint8_t *dst = out->data[plane] + slice_start * out->linesize[plane];
 378     const float scale = s->scale;
 379     const float delta = s->delta;
 380     uint8_t *p0 = s->bptrs[jobnr] + 16;
 381     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 382     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 383     uint8_t *orig = p0, *end = p2;
 384     int y, x;
 385
 386     line_copy8(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 387     line_copy8(p1, src, width, 1);
 388
 389     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 390         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 391         line_copy8(p2, src, width, 1);
 392
 393         for (x = 0; x < width; x++) {
 394             int suma = p0[x - 1] *  1 +
 395                        p1[x    ] * -1;
 396             int sumb = p0[x    ] *  1 +
 397                        p1[x - 1] * -1;
 398
 399             dst[x] = av_clip_uint8(sqrt(suma*suma + sumb*sumb) * scale + delta);
 400         }
 401
 402         p0 = p1;
 403         p1 = p2;
 404         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 405         dst += out->linesize[plane];
 406     }
 407
 408     return 0;
 409 }
 410
 411 static int filter_sobel(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 412 {
 413     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 414     ThreadData *td = arg;
 415     AVFrame *in = td->in;
 416     AVFrame *out = td->out;
 417     const int plane = td->plane;
 418     const int stride = in->linesize[plane];
 419     const int bstride = s->bstride;
 420     const int height = s->planeheight[plane];
 421     const int width  = s->planewidth[plane];
 422     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 423     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 424     const uint8_t *src = in->data[plane] + slice_start * stride;
 425     uint8_t *dst = out->data[plane] + slice_start * out->linesize[plane];
 426     const float scale = s->scale;
 427     const float delta = s->delta;
 428     uint8_t *p0 = s->bptrs[jobnr] + 16;
 429     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 430     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 431     uint8_t *orig = p0, *end = p2;
 432     int y, x;
 433
 434     line_copy8(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 435     line_copy8(p1, src, width, 1);
 436
 437     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 438         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 439         line_copy8(p2, src, width, 1);
 440
 441         for (x = 0; x < width; x++) {
 442             int suma = p0[x - 1] * -1 +
 443                        p0[x] *     -2 +
 444                        p0[x + 1] * -1 +
 445                        p2[x - 1] *  1 +
 446                        p2[x] *      2 +
 447                        p2[x + 1] *  1;
 448             int sumb = p0[x - 1] * -1 +
 449                        p0[x + 1] *  1 +
 450                        p1[x - 1] * -2 +
 451                        p1[x + 1] *  2 +
 452                        p2[x - 1] * -1 +
 453                        p2[x + 1] *  1;
 454
 455             dst[x] = av_clip_uint8(sqrt(suma*suma + sumb*sumb) * scale + delta);
 456         }
 457
 458         p0 = p1;
 459         p1 = p2;
 460         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 461         dst += out->linesize[plane];
 462     }
 463
 464     return 0;
 465 }
 466
 467 static int filter16_3x3(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 468 {
 469     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 470     ThreadData *td = arg;
 471     AVFrame *in = td->in;
 472     AVFrame *out = td->out;
 473     const int plane = td->plane;
 474     const int peak = (1 << s->depth) - 1;
 475     const int stride = in->linesize[plane] / 2;
 476     const int bstride = s->bstride;
 477     const int height = s->planeheight[plane];
 478     const int width  = s->planewidth[plane];
 479     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 480     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 481     const uint16_t *src = (const uint16_t *)in->data[plane] + slice_start * stride;
 482     uint16_t *dst = (uint16_t *)out->data[plane] + slice_start * (out->linesize[plane] / 2);
 483     uint16_t *p0 = (uint16_t *)s->bptrs[jobnr] + 16;
 484     uint16_t *p1 = p0 + bstride;
 485     uint16_t *p2 = p1 + bstride;
 486     uint16_t *orig = p0, *end = p2;
 487     const int *matrix = s->matrix[plane];
 488     const float rdiv = s->rdiv[plane];
 489     const float bias = s->bias[plane];
 490     int y, x;
 491
 492     line_copy16(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 493     line_copy16(p1, src, width, 1);
 494
 495     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 496         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 497         line_copy16(p2, src, width, 1);
 498
 499         for (x = 0; x < width; x++) {
 500             int sum = p0[x - 1] * matrix[0] +
 501                       p0[x] *     matrix[1] +
 502                       p0[x + 1] * matrix[2] +
 503                       p1[x - 1] * matrix[3] +
 504                       p1[x] *     matrix[4] +
 505                       p1[x + 1] * matrix[5] +
 506                       p2[x - 1] * matrix[6] +
 507                       p2[x] *     matrix[7] +
 508                       p2[x + 1] * matrix[8];
 509             sum = (int)(sum * rdiv + bias + 0.5f);
 510             dst[x] = av_clip(sum, 0, peak);
 511         }
 512
 513         p0 = p1;
 514         p1 = p2;
 515         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 516         dst += out->linesize[plane] / 2;
 517     }
 518
 519     return 0;
 520 }
 521
 522 static int filter16_5x5(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 523 {
 524     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 525     ThreadData *td = arg;
 526     AVFrame *in = td->in;
 527     AVFrame *out = td->out;
 528     const int plane = td->plane;
 529     const int peak = (1 << s->depth) - 1;
 530     const int stride = in->linesize[plane] / 2;
 531     const int bstride = s->bstride;
 532     const int height = s->planeheight[plane];
 533     const int width  = s->planewidth[plane];
 534     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 535     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 536     const uint16_t *src = (const uint16_t *)in->data[plane] + slice_start * stride;
 537     uint16_t *dst = (uint16_t *)out->data[plane] + slice_start * (out->linesize[plane] / 2);
 538     uint16_t *p0 = (uint16_t *)s->bptrs[jobnr] + 16;
 539     uint16_t *p1 = p0 + bstride;
 540     uint16_t *p2 = p1 + bstride;
 541     uint16_t *p3 = p2 + bstride;
 542     uint16_t *p4 = p3 + bstride;
 543     uint16_t *orig = p0, *end = p4;
 544     const int *matrix = s->matrix[plane];
 545     float rdiv = s->rdiv[plane];
 546     float bias = s->bias[plane];
 547     int y, x, i;
 548
 549     line_copy16(p0, src + 2 * stride * (slice_start < 2 ? 1 : -1), width, 2);
 550     line_copy16(p1, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 2);
 551     line_copy16(p2, src, width, 2);
 552     src += stride;
 553     line_copy16(p3, src, width, 2);
 554
 555     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 556         uint16_t *array[] = {
 557             p0 - 2, p0 - 1, p0, p0 + 1, p0 + 2,
 558             p1 - 2, p1 - 1, p1, p1 + 1, p1 + 2,
 559             p2 - 2, p2 - 1, p2, p2 + 1, p2 + 2,
 560             p3 - 2, p3 - 1, p3, p3 + 1, p3 + 2,
 561             p4 - 2, p4 - 1, p4, p4 + 1, p4 + 2
 562         };
 563
 564         src += stride * (y < height - 2 ? 1 : -1);
 565         line_copy16(p4, src, width, 2);
 566
 567         for (x = 0; x < width; x++) {
 568             int sum = 0;
 569
 570             for (i = 0; i < 25; i++) {
 571                 sum += *(array[i] + x) * matrix[i];
 572             }
 573             sum = (int)(sum * rdiv + bias + 0.5f);
 574             dst[x] = av_clip(sum, 0, peak);
 575         }
 576
 577         p0 = p1;
 578         p1 = p2;
 579         p2 = p3;
 580         p3 = p4;
 581         p4 = (p4 == end) ? orig: p4 + bstride;
 582         dst += out->linesize[plane] / 2;
 583     }
 584
 585     return 0;
 586 }
 587
 588 static int filter_3x3(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 589 {
 590     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 591     ThreadData *td = arg;
 592     AVFrame *in = td->in;
 593     AVFrame *out = td->out;
 594     const int plane = td->plane;
 595     const int stride = in->linesize[plane];
 596     const int bstride = s->bstride;
 597     const int height = s->planeheight[plane];
 598     const int width  = s->planewidth[plane];
 599     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 600     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 601     const uint8_t *src = in->data[plane] + slice_start * stride;
 602     uint8_t *dst = out->data[plane] + slice_start * out->linesize[plane];
 603     uint8_t *p0 = s->bptrs[jobnr] + 16;
 604     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 605     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 606     uint8_t *orig = p0, *end = p2;
 607     const int *matrix = s->matrix[plane];
 608     const float rdiv = s->rdiv[plane];
 609     const float bias = s->bias[plane];
 610     int y, x;
 611
 612     line_copy8(p0, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 1);
 613     line_copy8(p1, src, width, 1);
 614
 615     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 616         src += stride * (y < height - 1 ? 1 : -1);
 617         line_copy8(p2, src, width, 1);
 618
 619         for (x = 0; x < width; x++) {
 620             int sum = p0[x - 1] * matrix[0] +
 621                       p0[x] *     matrix[1] +
 622                       p0[x + 1] * matrix[2] +
 623                       p1[x - 1] * matrix[3] +
 624                       p1[x] *     matrix[4] +
 625                       p1[x + 1] * matrix[5] +
 626                       p2[x - 1] * matrix[6] +
 627                       p2[x] *     matrix[7] +
 628                       p2[x + 1] * matrix[8];
 629             sum = (int)(sum * rdiv + bias + 0.5f);
 630             dst[x] = av_clip_uint8(sum);
 631         }
 632
 633         p0 = p1;
 634         p1 = p2;
 635         p2 = (p2 == end) ? orig: p2 + bstride;
 636         dst += out->linesize[plane];
 637     }
 638
 639     return 0;
 640 }
 641
 642 static int filter_5x5(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 643 {
 644     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 645     ThreadData *td = arg;
 646     AVFrame *in = td->in;
 647     AVFrame *out = td->out;
 648     const int plane = td->plane;
 649     const int stride = in->linesize[plane];
 650     const int bstride = s->bstride;
 651     const int height = s->planeheight[plane];
 652     const int width  = s->planewidth[plane];
 653     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 654     const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 655     const uint8_t *src = in->data[plane] + slice_start * stride;
 656     uint8_t *dst = out->data[plane] + slice_start * out->linesize[plane];
 657     uint8_t *p0 = s->bptrs[jobnr] + 16;
 658     uint8_t *p1 = p0 + bstride;
 659     uint8_t *p2 = p1 + bstride;
 660     uint8_t *p3 = p2 + bstride;
 661     uint8_t *p4 = p3 + bstride;
 662     uint8_t *orig = p0, *end = p4;
 663     const int *matrix = s->matrix[plane];
 664     float rdiv = s->rdiv[plane];
 665     float bias = s->bias[plane];
 666     int y, x, i;
 667
 668     line_copy8(p0, src + 2 * stride * (slice_start < 2 ? 1 : -1), width, 2);
 669     line_copy8(p1, src + stride * (slice_start == 0 ? 1 : -1), width, 2);
 670     line_copy8(p2, src, width, 2);
 671     src += stride;
 672     line_copy8(p3, src, width, 2);
 673
 674
 675     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 676         uint8_t *array[] = {
 677             p0 - 2, p0 - 1, p0, p0 + 1, p0 + 2,
 678             p1 - 2, p1 - 1, p1, p1 + 1, p1 + 2,
 679             p2 - 2, p2 - 1, p2, p2 + 1, p2 + 2,
 680             p3 - 2, p3 - 1, p3, p3 + 1, p3 + 2,
 681             p4 - 2, p4 - 1, p4, p4 + 1, p4 + 2
 682         };
 683
 684         src += stride * (y < height - 2 ? 1 : -1);
 685         line_copy8(p4, src, width, 2);
 686
 687         for (x = 0; x < width; x++) {
 688             int sum = 0;
 689
 690             for (i = 0; i < 25; i++) {
 691                 sum += *(array[i] + x) * matrix[i];
 692             }
 693             sum = (int)(sum * rdiv + bias + 0.5f);
 694             dst[x] = av_clip_uint8(sum);
 695         }
 696
 697         p0 = p1;
 698         p1 = p2;
 699         p2 = p3;
 700         p3 = p4;
 701         p4 = (p4 == end) ? orig: p4 + bstride;
 702         dst += out->linesize[plane];
 703     }
 704
 705     return 0;
 706 }
 707
 708 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 709 {
 710     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 711     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 712     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 713     int p;
 714
 715     s->depth = desc->comp[0].depth;
 716
 717     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 718     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
 719     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 720     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 721
 722     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 723     s->nb_threads = ff_filter_get_nb_threads(ctx);
 724     s->bptrs = av_calloc(s->nb_threads, sizeof(*s->bptrs));
 725     if (!s->bptrs)
 726         return AVERROR(ENOMEM);
 727
 728     s->bstride = s->planewidth[0] + 32;
 729     s->bpc = (s->depth + 7) / 8;
 730     s->buffer = av_malloc_array(5 * s->bstride * s->nb_threads, s->bpc);
 731     if (!s->buffer)
 732         return AVERROR(ENOMEM);
 733
 734     for (p = 0; p < s->nb_threads; p++) {
 735         s->bptrs[p] = s->buffer + 5 * s->bstride * s->bpc * p;
 736     }
 737
 738     if (!strcmp(ctx->filter->name, "convolution")) {
 739         if (s->depth > 8) {
 740             for (p = 0; p < s->nb_planes; p++) {
 741                 if (s->size[p] == 3)
 742                     s->filter[p] = filter16_3x3;
 743                 else if (s->size[p] == 5)
 744                     s->filter[p] = filter16_5x5;
 745             }
 746         }
 747     } else if (!strcmp(ctx->filter->name, "prewitt")) {
 748         if (s->depth > 8)
 749             for (p = 0; p < s->nb_planes; p++)
 750                 s->filter[p] = filter16_prewitt;
 751     } else if (!strcmp(ctx->filter->name, "roberts")) {
 752         if (s->depth > 8)
 753             for (p = 0; p < s->nb_planes; p++)
 754                 s->filter[p] = filter16_roberts;
 755     } else if (!strcmp(ctx->filter->name, "sobel")) {
 756         if (s->depth > 8)
 757             for (p = 0; p < s->nb_planes; p++)
 758                 s->filter[p] = filter16_sobel;
 759     }
 760
 761     return 0;
 762 }
 763
 764 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 765 {
 766     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 767     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 768     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 769     AVFrame *out;
 770     int plane;
 771
 772     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 773     if (!out) {
 774         av_frame_free(&in);
 775         return AVERROR(ENOMEM);
 776     }
 777     av_frame_copy_props(out, in);
 778
 779     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 780         ThreadData td;
 781
 782         if (s->copy[plane]) {
 783             av_image_copy_plane(out->data[plane], out->linesize[plane],
 784                                 in->data[plane], in->linesize[plane],
 785                                 s->planewidth[plane] * s->bpc,
 786                                 s->planeheight[plane]);
 787             continue;
 788         }
 789
 790         td.in = in;
 791         td.out = out;
 792         td.plane = plane;
 793         ctx->internal->execute(ctx, s->filter[plane], &td, NULL, FFMIN(s->planeheight[plane], s->nb_threads));
 794     }
 795
 796     av_frame_free(&in);
 797     return ff_filter_frame(outlink, out);
 798 }
 799
 800 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 801 {
 802     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 803     int i;
 804
 805     if (!strcmp(ctx->filter->name, "convolution")) {
 806         for (i = 0; i < 4; i++) {
 807             int *matrix = (int *)s->matrix[i];
 808             char *p, *arg, *saveptr = NULL;
 809
 810             p = s->matrix_str[i];
 811             while (s->matrix_length[i] < 25) {
 812                 if (!(arg = av_strtok(p, " ", &saveptr)))
 813                     break;
 814
 815                 p = NULL;
 816                 sscanf(arg, "%d", &matrix[s->matrix_length[i]]);
 817                 s->matrix_length[i]++;
 818             }
 819
 820             if (s->matrix_length[i] == 9) {
 821                 s->size[i] = 3;
 822                 if (!memcmp(matrix, same3x3, sizeof(same3x3)))
 823                     s->copy[i] = 1;
 824                 else
 825                     s->filter[i] = filter_3x3;
 826             } else if (s->matrix_length[i] == 25) {
 827                 s->size[i] = 5;
 828                 if (!memcmp(matrix, same5x5, sizeof(same5x5)))
 829                     s->copy[i] = 1;
 830                 else
 831                     s->filter[i] = filter_5x5;
 832             } else {
 833                 return AVERROR(EINVAL);
 834             }
 835         }
 836     } else if (!strcmp(ctx->filter->name, "prewitt")) {
 837         for (i = 0; i < 4; i++) {
 838             if ((1 << i) & s->planes)
 839                 s->filter[i] = filter_prewitt;
 840             else
 841                 s->copy[i] = 1;
 842         }
 843     } else if (!strcmp(ctx->filter->name, "roberts")) {
 844         for (i = 0; i < 4; i++) {
 845             if ((1 << i) & s->planes)
 846                 s->filter[i] = filter_roberts;
 847             else
 848                 s->copy[i] = 1;
 849         }
 850     } else if (!strcmp(ctx->filter->name, "sobel")) {
 851         for (i = 0; i < 4; i++) {
 852             if ((1 << i) & s->planes)
 853                 s->filter[i] = filter_sobel;
 854             else
 855                 s->copy[i] = 1;
 856         }
 857     }
 858
 859     return 0;
 860 }
 861
 862 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 863 {
 864     ConvolutionContext *s = ctx->priv;
 865
 866     av_freep(&s->bptrs);
 867     av_freep(&s->buffer);
 868 }
 869
 870 static const AVFilterPad convolution_inputs[] = {
 871     {
 872         .name         = "default",
 873         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 874         .config_props = config_input,
 875         .filter_frame = filter_frame,
 876     },
 877     { NULL }
 878 };
 879
 880 static const AVFilterPad convolution_outputs[] = {
 881     {
 882         .name = "default",
 883         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 884     },
 885     { NULL }
 886 };
 887
 888 #if CONFIG_CONVOLUTION_FILTER
 889
 890 AVFilter ff_vf_convolution = {
 891     .name          = "convolution",
 892     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply convolution filter."),
 893     .priv_size     = sizeof(ConvolutionContext),
 894     .priv_class    = &convolution_class,
 895     .init          = init,
 896     .uninit        = uninit,
 897     .query_formats = query_formats,
 898     .inputs        = convolution_inputs,
 899     .outputs       = convolution_outputs,
 900     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 901 };
 902
 903 #endif /* CONFIG_CONVOLUTION_FILTER */
 904
 905 #if CONFIG_PREWITT_FILTER
 906
 907 static const AVOption prewitt_options[] = {
 908     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,  {.i64=15}, 0, 15, FLAGS},
 909     { "scale",  "set scale",            OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0,  65535, FLAGS},
 910     { "delta",  "set delta",            OFFSET(delta), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -65535, 65535, FLAGS},
 911     { NULL }
 912 };
 913
 914 AVFILTER_DEFINE_CLASS(prewitt);
 915
 916 AVFilter ff_vf_prewitt = {
 917     .name          = "prewitt",
 918     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply prewitt operator."),
 919     .priv_size     = sizeof(ConvolutionContext),
 920     .priv_class    = &prewitt_class,
 921     .init          = init,
 922     .uninit        = uninit,
 923     .query_formats = query_formats,
 924     .inputs        = convolution_inputs,
 925     .outputs       = convolution_outputs,
 926     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 927 };
 928
 929 #endif /* CONFIG_PREWITT_FILTER */
 930
 931 #if CONFIG_SOBEL_FILTER
 932
 933 static const AVOption sobel_options[] = {
 934     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,  {.i64=15}, 0, 15, FLAGS},
 935     { "scale",  "set scale",            OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0,  65535, FLAGS},
 936     { "delta",  "set delta",            OFFSET(delta), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -65535, 65535, FLAGS},
 937     { NULL }
 938 };
 939
 940 AVFILTER_DEFINE_CLASS(sobel);
 941
 942 AVFilter ff_vf_sobel = {
 943     .name          = "sobel",
 944     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply sobel operator."),
 945     .priv_size     = sizeof(ConvolutionContext),
 946     .priv_class    = &sobel_class,
 947     .init          = init,
 948     .uninit        = uninit,
 949     .query_formats = query_formats,
 950     .inputs        = convolution_inputs,
 951     .outputs       = convolution_outputs,
 952     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 953 };
 954
 955 #endif /* CONFIG_SOBEL_FILTER */
 956
 957 #if CONFIG_ROBERTS_FILTER
 958
 959 static const AVOption roberts_options[] = {
 960     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT,  {.i64=15}, 0, 15, FLAGS},
 961     { "scale",  "set scale",            OFFSET(scale), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1.0}, 0.0,  65535, FLAGS},
 962     { "delta",  "set delta",            OFFSET(delta), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, -65535, 65535, FLAGS},
 963     { NULL }
 964 };
 965
 966 AVFILTER_DEFINE_CLASS(roberts);
 967
 968 AVFilter ff_vf_roberts = {
 969     .name          = "roberts",
 970     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply roberts cross operator."),
 971     .priv_size     = sizeof(ConvolutionContext),
 972     .priv_class    = &roberts_class,
 973     .init          = init,
 974     .uninit        = uninit,
 975     .query_formats = query_formats,
 976     .inputs        = convolution_inputs,
 977     .outputs       = convolution_outputs,
 978     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 979 };
 980
 981 #endif /* CONFIG_ROBERTS_FILTER */