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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2017 Paul B Mahol
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 #include "libavutil/imgutils.h"
  22 #include "libavutil/opt.h"
  23 #include "libavutil/pixdesc.h"
  24 #include "libavcodec/avfft.h"
  25
  26 #include "avfilter.h"
  27 #include "formats.h"
  28 #include "framesync.h"
  29 #include "internal.h"
  30 #include "video.h"
  31
  32 typedef struct ConvolveContext {
  33     const AVClass *class;
  34     FFFrameSync fs;
  35
  36     FFTContext *fft[4];
  37     FFTContext *ifft[4];
  38
  39     int fft_bits[4];
  40     int fft_len[4];
  41     int planewidth[4];
  42     int planeheight[4];
  43
  44     FFTComplex *fft_hdata[4];
  45     FFTComplex *fft_vdata[4];
  46     FFTComplex *fft_hdata_impulse[4];
  47     FFTComplex *fft_vdata_impulse[4];
  48
  49     int depth;
  50     int planes;
  51     int impulse;
  52     int nb_planes;
  53     int got_impulse[4];
  54 } ConvolveContext;
  55
  56 #define OFFSET(x) offsetof(ConvolveContext, x)
  57 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  58
  59 static const AVOption convolve_options[] = {
  60     { "planes",  "set planes to convolve",                  OFFSET(planes),   AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=7}, 0, 15, FLAGS },
  61     { "impulse", "when to process impulses",                OFFSET(impulse),  AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=1}, 0,  1, FLAGS, "impulse" },
  62     {   "first", "process only first impulse, ignore rest", 0,                AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=0}, 0,  0, FLAGS, "impulse" },
  63     {   "all",   "process all impulses",                    0,                AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1}, 0,  0, FLAGS, "impulse" },
  64     { NULL },
  65 };
  66
  67 FRAMESYNC_DEFINE_CLASS(convolve, ConvolveContext, fs);
  68
  69 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  70 {
  71     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts_fftfilt[] = {
  72         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
  73         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
  74         AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
  75         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
  76         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  77         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  78         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  79         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
  80         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
  81         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
  82         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
  83         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
  84         AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
  85         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
  86         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
  87         AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
  88         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY16,
  89         AV_PIX_FMT_NONE
  90     };
  91
  92     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pixel_fmts_fftfilt);
  93     if (!fmts_list)
  94         return AVERROR(ENOMEM);
  95     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
  96 }
  97
  98 static int config_input_main(AVFilterLink *inlink)
  99 {
 100     ConvolveContext *s = inlink->dst->priv;
 101     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 102     int fft_bits, i;
 103
 104     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 105     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
 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 = desc->nb_components;
 110     s->depth = desc->comp[0].depth;
 111
 112     for (i = 0; i < s->nb_planes; i++) {
 113         int w = s->planewidth[i];
 114         int h = s->planeheight[i];
 115         int n = FFMAX(w, h) * 10/9;
 116
 117         for (fft_bits = 1; 1 << fft_bits < n; fft_bits++);
 118
 119         s->fft_bits[i] = fft_bits;
 120         s->fft_len[i] = 1 << s->fft_bits[i];
 121
 122         if (!(s->fft_hdata[i] = av_calloc(s->fft_len[i], s->fft_len[i] * sizeof(FFTComplex))))
 123             return AVERROR(ENOMEM);
 124
 125         if (!(s->fft_vdata[i] = av_calloc(s->fft_len[i], s->fft_len[i] * sizeof(FFTComplex))))
 126             return AVERROR(ENOMEM);
 127
 128         if (!(s->fft_hdata_impulse[i] = av_calloc(s->fft_len[i], s->fft_len[i] * sizeof(FFTComplex))))
 129             return AVERROR(ENOMEM);
 130
 131         if (!(s->fft_vdata_impulse[i] = av_calloc(s->fft_len[i], s->fft_len[i] * sizeof(FFTComplex))))
 132             return AVERROR(ENOMEM);
 133     }
 134
 135     return 0;
 136 }
 137
 138 static int config_input_impulse(AVFilterLink *inlink)
 139 {
 140     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
 141
 142     if (ctx->inputs[0]->w != ctx->inputs[1]->w ||
 143         ctx->inputs[0]->h != ctx->inputs[1]->h) {
 144         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Width and height of input videos must be same.\n");
 145         return AVERROR(EINVAL);
 146     }
 147     if (ctx->inputs[0]->format != ctx->inputs[1]->format) {
 148         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Inputs must be of same pixel format.\n");
 149         return AVERROR(EINVAL);
 150     }
 151
 152     return 0;
 153 }
 154
 155 static void fft_horizontal(ConvolveContext *s, FFTComplex *fft_hdata,
 156                            AVFrame *in, int w, int h, int n, int plane, float scale)
 157 {
 158     int y, x;
 159
 160     for (y = 0; y < h; y++) {
 161         if (s->depth == 8) {
 162             const uint8_t *src = in->data[plane] + in->linesize[plane] * y;
 163
 164             for (x = 0; x < w; x++) {
 165                 fft_hdata[y * n + x].re = src[x] * scale;
 166                 fft_hdata[y * n + x].im = 0;
 167             }
 168         } else {
 169             const uint16_t *src = (const uint16_t *)(in->data[plane] + in->linesize[plane] * y);
 170
 171             for (x = 0; x < w; x++) {
 172                 fft_hdata[y * n + x].re = src[x] * scale;
 173                 fft_hdata[y * n + x].im = 0;
 174             }
 175         }
 176         for (; x < n; x++) {
 177             fft_hdata[y * n + x].re = 0;
 178             fft_hdata[y * n + x].im = 0;
 179         }
 180     }
 181
 182     for (; y < n; y++) {
 183         for (x = 0; x < n; x++) {
 184             fft_hdata[y * n + x].re = 0;
 185             fft_hdata[y * n + x].im = 0;
 186         }
 187     }
 188
 189     for (y = 0; y < n; y++) {
 190         av_fft_permute(s->fft[plane], fft_hdata + y * n);
 191         av_fft_calc(s->fft[plane], fft_hdata + y * n);
 192     }
 193 }
 194
 195 static void fft_vertical(ConvolveContext *s, FFTComplex *fft_hdata, FFTComplex *fft_vdata,
 196                          int n, int plane)
 197 {
 198     int y, x;
 199
 200     for (y = 0; y < n; y++) {
 201         for (x = 0; x < n; x++) {
 202             fft_vdata[y * n + x].re = fft_hdata[x * n + y].re;
 203             fft_vdata[y * n + x].im = fft_hdata[x * n + y].im;
 204         }
 205         for (; x < n; x++) {
 206             fft_vdata[y * n + x].re = 0;
 207             fft_vdata[y * n + x].im = 0;
 208         }
 209         av_fft_permute(s->fft[plane], fft_vdata + y * n);
 210         av_fft_calc(s->fft[plane], fft_vdata + y * n);
 211     }
 212 }
 213
 214 static void ifft_vertical(ConvolveContext *s, int n, int plane)
 215 {
 216     int y, x;
 217
 218     for (y = 0; y < n; y++) {
 219         av_fft_permute(s->ifft[plane], s->fft_vdata[plane] + y * n);
 220         av_fft_calc(s->ifft[plane], s->fft_vdata[plane] + y * n);
 221         for (x = 0; x < n; x++) {
 222             s->fft_hdata[plane][x * n + y].re = s->fft_vdata[plane][y * n + x].re;
 223             s->fft_hdata[plane][x * n + y].im = s->fft_vdata[plane][y * n + x].im;
 224         }
 225     }
 226 }
 227
 228 static void ifft_horizontal(ConvolveContext *s, AVFrame *out,
 229                             int w, int h, int n, int plane)
 230 {
 231     const float scale = 1.f / (n * n);
 232     const int max = (1 << s->depth) - 1;
 233     const int oh = h / 2;
 234     const int ow = w / 2;
 235     int y, x;
 236
 237     for (y = 0; y < n; y++) {
 238         av_fft_permute(s->ifft[plane], s->fft_hdata[plane] + y * n);
 239         av_fft_calc(s->ifft[plane], s->fft_hdata[plane] + y * n);
 240     }
 241
 242     if (s->depth == 8) {
 243         for (y = 0; y < h; y++) {
 244             uint8_t *dst = out->data[plane] + y * out->linesize[plane];
 245             for (x = 0; x < w; x++)
 246                 dst[x] = av_clip_uint8(s->fft_hdata[plane][(y+oh) * n + x+ow].re * scale);
 247         }
 248     } else {
 249         for (y = 0; y < h; y++) {
 250             uint16_t *dst = (uint16_t *)(out->data[plane] + y * out->linesize[plane]);
 251             for (x = 0; x < w; x++)
 252                 dst[x] = av_clip(s->fft_hdata[plane][(y+oh) * n + x+ow].re * scale, 0, max);
 253         }
 254     }
 255 }
 256
 257 static int do_convolve(FFFrameSync *fs)
 258 {
 259     AVFilterContext *ctx = fs->parent;
 260     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 261     ConvolveContext *s = ctx->priv;
 262     AVFrame *mainpic = NULL, *impulsepic = NULL;
 263     int ret, y, x, plane;
 264
 265     ret = ff_framesync_dualinput_get(fs, &mainpic, &impulsepic);
 266     if (ret < 0)
 267         return ret;
 268     if (!impulsepic)
 269         return ff_filter_frame(outlink, mainpic);
 270
 271     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 272         const int n = s->fft_len[plane];
 273         const int w = s->planewidth[plane];
 274         const int h = s->planeheight[plane];
 275         float total = 0;
 276
 277         if (!(s->planes & (1 << plane))) {
 278             continue;
 279         }
 280
 281         fft_horizontal(s, s->fft_hdata[plane], mainpic, w, h, n, plane, 1.f);
 282         fft_vertical(s, s->fft_hdata[plane], s->fft_vdata[plane],
 283                      n, plane);
 284
 285         if ((!s->impulse && !s->got_impulse[plane]) || s->impulse) {
 286             if (s->depth == 8) {
 287                 for (y = 0; y < h; y++) {
 288                     const uint8_t *src = (const uint8_t *)(impulsepic->data[plane] + y * impulsepic->linesize[plane]) ;
 289                     for (x = 0; x < w; x++) {
 290                         total += src[x];
 291                     }
 292                 }
 293             } else {
 294                 for (y = 0; y < h; y++) {
 295                     const uint16_t *src = (const uint16_t *)(impulsepic->data[plane] + y * impulsepic->linesize[plane]) ;
 296                     for (x = 0; x < w; x++) {
 297                         total += src[x];
 298                     }
 299                 }
 300             }
 301             total = FFMAX(1, total);
 302
 303             fft_horizontal(s, s->fft_hdata_impulse[plane], impulsepic, w, h, n, plane, 1 / total);
 304             fft_vertical(s, s->fft_hdata_impulse[plane], s->fft_vdata_impulse[plane],
 305                          n, plane);
 306
 307             s->got_impulse[plane] = 1;
 308         }
 309
 310         for (y = 0; y < n; y++) {
 311             for (x = 0; x < n; x++) {
 312                 FFTSample re, im, ire, iim;
 313
 314                 re = s->fft_vdata[plane][y*n + x].re;
 315                 im = s->fft_vdata[plane][y*n + x].im;
 316                 ire = s->fft_vdata_impulse[plane][y*n + x].re;
 317                 iim = s->fft_vdata_impulse[plane][y*n + x].im;
 318
 319                 s->fft_vdata[plane][y*n + x].re = ire * re - iim * im;
 320                 s->fft_vdata[plane][y*n + x].im = iim * re + ire * im;
 321             }
 322         }
 323
 324         ifft_vertical(s, n, plane);
 325         ifft_horizontal(s, mainpic, w, h, n, plane);
 326     }
 327
 328     return ff_filter_frame(outlink, mainpic);
 329 }
 330
 331 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 332 {
 333     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 334     ConvolveContext *s = ctx->priv;
 335     AVFilterLink *mainlink = ctx->inputs[0];
 336     int ret, i;
 337
 338     s->fs.on_event = do_convolve;
 339     ret = ff_framesync_init_dualinput(&s->fs, ctx);
 340     if (ret < 0)
 341         return ret;
 342     outlink->w = mainlink->w;
 343     outlink->h = mainlink->h;
 344     outlink->time_base = mainlink->time_base;
 345     outlink->sample_aspect_ratio = mainlink->sample_aspect_ratio;
 346     outlink->frame_rate = mainlink->frame_rate;
 347
 348     if ((ret = ff_framesync_configure(&s->fs)) < 0)
 349         return ret;
 350
 351     for (i = 0; i < s->nb_planes; i++) {
 352         s->fft[i]  = av_fft_init(s->fft_bits[i], 0);
 353         s->ifft[i] = av_fft_init(s->fft_bits[i], 1);
 354         if (!s->fft[i] || !s->ifft[i])
 355             return AVERROR(ENOMEM);
 356     }
 357
 358     return 0;
 359 }
 360
 361 static int activate(AVFilterContext *ctx)
 362 {
 363     ConvolveContext *s = ctx->priv;
 364     return ff_framesync_activate(&s->fs);
 365 }
 366
 367 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 368 {
 369     ConvolveContext *s = ctx->priv;
 370     int i;
 371
 372     for (i = 0; i < 4; i++) {
 373         av_freep(&s->fft_hdata[i]);
 374         av_freep(&s->fft_vdata[i]);
 375         av_freep(&s->fft_hdata_impulse[i]);
 376         av_freep(&s->fft_vdata_impulse[i]);
 377         av_fft_end(s->fft[i]);
 378         av_fft_end(s->ifft[i]);
 379     }
 380
 381     ff_framesync_uninit(&s->fs);
 382 }
 383
 384 static const AVFilterPad convolve_inputs[] = {
 385     {
 386         .name          = "main",
 387         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 388         .config_props  = config_input_main,
 389     },{
 390         .name          = "impulse",
 391         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 392         .config_props  = config_input_impulse,
 393     },
 394     { NULL }
 395 };
 396
 397 static const AVFilterPad convolve_outputs[] = {
 398     {
 399         .name          = "default",
 400         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 401         .config_props  = config_output,
 402     },
 403     { NULL }
 404 };
 405
 406 AVFilter ff_vf_convolve = {
 407     .name          = "convolve",
 408     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convolve first video stream with second video stream."),
 409     .preinit       = convolve_framesync_preinit,
 410     .uninit        = uninit,
 411     .query_formats = query_formats,
 412     .activate      = activate,
 413     .priv_size     = sizeof(ConvolveContext),
 414     .priv_class    = &convolve_class,
 415     .inputs        = convolve_inputs,
 416     .outputs       = convolve_outputs,
 417     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 418 };