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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2015 Arwa Arif <arwaarif1994@gmail.com>
   3  * Copyright (c) 2017 Paul B Mahol
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify it
   8  * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published
   9  * by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License,
  10  * 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 /**
  23  * @file
  24  * FFT domain filtering.
  25  */
  26
  27 #include "libavfilter/internal.h"
  28 #include "libavutil/common.h"
  29 #include "libavutil/imgutils.h"
  30 #include "libavutil/opt.h"
  31 #include "libavutil/pixdesc.h"
  32 #include "libavcodec/avfft.h"
  33 #include "libavutil/eval.h"
  34
  35 #define MAX_PLANES 4
  36
  37 enum EvalMode {
  38     EVAL_MODE_INIT,
  39     EVAL_MODE_FRAME,
  40     EVAL_MODE_NB
  41 };
  42
  43 typedef struct FFTFILTContext {
  44     const AVClass *class;
  45
  46     int eval_mode;
  47     int depth;
  48     int nb_planes;
  49     int planewidth[MAX_PLANES];
  50     int planeheight[MAX_PLANES];
  51
  52     RDFTContext *hrdft[MAX_PLANES];
  53     RDFTContext *vrdft[MAX_PLANES];
  54     RDFTContext *ihrdft[MAX_PLANES];
  55     RDFTContext *ivrdft[MAX_PLANES];
  56     int rdft_hbits[MAX_PLANES];
  57     int rdft_vbits[MAX_PLANES];
  58     size_t rdft_hlen[MAX_PLANES];
  59     size_t rdft_vlen[MAX_PLANES];
  60     FFTSample *rdft_hdata[MAX_PLANES];
  61     FFTSample *rdft_vdata[MAX_PLANES];
  62
  63     int dc[MAX_PLANES];
  64     char *weight_str[MAX_PLANES];
  65     AVExpr *weight_expr[MAX_PLANES];
  66     double *weight[MAX_PLANES];
  67
  68     void (*rdft_horizontal)(struct FFTFILTContext *s, AVFrame *in, int w, int h, int plane);
  69     void (*irdft_horizontal)(struct FFTFILTContext *s, AVFrame *out, int w, int h, int plane);
  70 } FFTFILTContext;
  71
  72 static const char *const var_names[] = {   "X",   "Y",   "W",   "H",   "N", NULL        };
  73 enum                                   { VAR_X, VAR_Y, VAR_W, VAR_H, VAR_N, VAR_VARS_NB };
  74
  75 enum { Y = 0, U, V };
  76
  77 #define OFFSET(x) offsetof(FFTFILTContext, x)
  78 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  79
  80 static const AVOption fftfilt_options[] = {
  81     { "dc_Y",  "adjust gain in Y plane",              OFFSET(dc[Y]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
  82     { "dc_U",  "adjust gain in U plane",              OFFSET(dc[U]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
  83     { "dc_V",  "adjust gain in V plane",              OFFSET(dc[V]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
  84     { "weight_Y", "set luminance expression in Y plane",   OFFSET(weight_str[Y]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "1"}, 0, 0, FLAGS },
  85     { "weight_U", "set chrominance expression in U plane", OFFSET(weight_str[U]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0, FLAGS },
  86     { "weight_V", "set chrominance expression in V plane", OFFSET(weight_str[V]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, 0, 0, FLAGS },
  87     { "eval", "specify when to evaluate expressions", OFFSET(eval_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = EVAL_MODE_INIT}, 0, EVAL_MODE_NB-1, FLAGS, "eval" },
  88          { "init",  "eval expressions once during initialization", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=EVAL_MODE_INIT},  .flags = FLAGS, .unit = "eval" },
  89          { "frame", "eval expressions per-frame",                  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=EVAL_MODE_FRAME}, .flags = FLAGS, .unit = "eval" },
  90     {NULL},
  91 };
  92
  93 AVFILTER_DEFINE_CLASS(fftfilt);
  94
  95 static inline double lum(void *priv, double x, double y, int plane)
  96 {
  97     FFTFILTContext *s = priv;
  98     return s->rdft_vdata[plane][(int)x * s->rdft_vlen[plane] + (int)y];
  99 }
 100
 101 static double weight_Y(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, Y); }
 102 static double weight_U(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, U); }
 103 static double weight_V(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, V); }
 104
 105 static void copy_rev (FFTSample *dest, int w, int w2)
 106 {
 107     int i;
 108
 109     for (i = w; i < w + (w2-w)/2; i++)
 110         dest[i] = dest[2*w - i - 1];
 111
 112     for (; i < w2; i++)
 113         dest[i] = dest[w2 - i];
 114 }
 115
 116 /*Horizontal pass - RDFT*/
 117 static void rdft_horizontal8(FFTFILTContext *s, AVFrame *in, int w, int h, int plane)
 118 {
 119     int i, j;
 120
 121     for (i = 0; i < h; i++) {
 122         for (j = 0; j < w; j++)
 123             s->rdft_hdata[plane][i * s->rdft_hlen[plane] + j] = *(in->data[plane] + in->linesize[plane] * i + j);
 124
 125         copy_rev(s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane], w, s->rdft_hlen[plane]);
 126     }
 127
 128     for (i = 0; i < h; i++)
 129         av_rdft_calc(s->hrdft[plane], s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane]);
 130 }
 131
 132 static void rdft_horizontal16(FFTFILTContext *s, AVFrame *in, int w, int h, int plane)
 133 {
 134     const uint16_t *src = (const uint16_t *)in->data[plane];
 135     int linesize = in->linesize[plane] / 2;
 136     int i, j;
 137
 138     for (i = 0; i < h; i++) {
 139         for (j = 0; j < w; j++)
 140             s->rdft_hdata[plane][i * s->rdft_hlen[plane] + j] = *(src + linesize * i + j);
 141
 142         copy_rev(s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane], w, s->rdft_hlen[plane]);
 143     }
 144
 145     for (i = 0; i < h; i++)
 146         av_rdft_calc(s->hrdft[plane], s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane]);
 147 }
 148
 149 /*Vertical pass - RDFT*/
 150 static void rdft_vertical(FFTFILTContext *s, int h, int plane)
 151 {
 152     int i, j;
 153
 154     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++) {
 155         for (j = 0; j < h; j++)
 156             s->rdft_vdata[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j] =
 157             s->rdft_hdata[plane][j * s->rdft_hlen[plane] + i];
 158         copy_rev(s->rdft_vdata[plane] + i * s->rdft_vlen[plane], h, s->rdft_vlen[plane]);
 159     }
 160
 161     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
 162         av_rdft_calc(s->vrdft[plane], s->rdft_vdata[plane] + i * s->rdft_vlen[plane]);
 163 }
 164 /*Vertical pass - IRDFT*/
 165 static void irdft_vertical(FFTFILTContext *s, int h, int plane)
 166 {
 167     int i, j;
 168
 169     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
 170         av_rdft_calc(s->ivrdft[plane], s->rdft_vdata[plane] + i * s->rdft_vlen[plane]);
 171
 172     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
 173         for (j = 0; j < h; j++)
 174             s->rdft_hdata[plane][j * s->rdft_hlen[plane] + i] =
 175             s->rdft_vdata[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j];
 176 }
 177
 178 /*Horizontal pass - IRDFT*/
 179 static void irdft_horizontal8(FFTFILTContext *s, AVFrame *out, int w, int h, int plane)
 180 {
 181     int i, j;
 182
 183     for (i = 0; i < h; i++)
 184         av_rdft_calc(s->ihrdft[plane], s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane]);
 185
 186     for (i = 0; i < h; i++)
 187         for (j = 0; j < w; j++)
 188             *(out->data[plane] + out->linesize[plane] * i + j) = av_clip(s->rdft_hdata[plane][i
 189                                                                          *s->rdft_hlen[plane] + j] * 4 /
 190                                                                          (s->rdft_hlen[plane] *
 191                                                                           s->rdft_vlen[plane]), 0, 255);
 192 }
 193
 194 static void irdft_horizontal16(FFTFILTContext *s, AVFrame *out, int w, int h, int plane)
 195 {
 196     uint16_t *dst = (uint16_t *)out->data[plane];
 197     int linesize = out->linesize[plane] / 2;
 198     int max = (1 << s->depth) - 1;
 199     int i, j;
 200
 201     for (i = 0; i < h; i++)
 202         av_rdft_calc(s->ihrdft[plane], s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane]);
 203
 204     for (i = 0; i < h; i++)
 205         for (j = 0; j < w; j++)
 206             *(dst + linesize * i + j) = av_clip(s->rdft_hdata[plane][i
 207                                                 *s->rdft_hlen[plane] + j] * 4 /
 208                                                 (s->rdft_hlen[plane] *
 209                                                 s->rdft_vlen[plane]), 0, max);
 210 }
 211
 212 static av_cold int initialize(AVFilterContext *ctx)
 213 {
 214     FFTFILTContext *s = ctx->priv;
 215     int ret = 0, plane;
 216
 217     if (!s->dc[U] && !s->dc[V]) {
 218         s->dc[U] = s->dc[Y];
 219         s->dc[V] = s->dc[Y];
 220     } else {
 221         if (!s->dc[U]) s->dc[U] = s->dc[V];
 222         if (!s->dc[V]) s->dc[V] = s->dc[U];
 223     }
 224
 225     if (!s->weight_str[U] && !s->weight_str[V]) {
 226         s->weight_str[U] = av_strdup(s->weight_str[Y]);
 227         s->weight_str[V] = av_strdup(s->weight_str[Y]);
 228     } else {
 229         if (!s->weight_str[U]) s->weight_str[U] = av_strdup(s->weight_str[V]);
 230         if (!s->weight_str[V]) s->weight_str[V] = av_strdup(s->weight_str[U]);
 231     }
 232
 233     for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 234         static double (*p[])(void *, double, double) = { weight_Y, weight_U, weight_V };
 235         const char *const func2_names[] = {"weight_Y", "weight_U", "weight_V", NULL };
 236         double (*func2[])(void *, double, double) = { weight_Y, weight_U, weight_V, p[plane], NULL };
 237
 238         ret = av_expr_parse(&s->weight_expr[plane], s->weight_str[plane], var_names,
 239                             NULL, NULL, func2_names, func2, 0, ctx);
 240         if (ret < 0)
 241             break;
 242     }
 243     return ret;
 244 }
 245
 246 static void do_eval(FFTFILTContext *s, AVFilterLink *inlink, int plane)
 247 {
 248     double values[VAR_VARS_NB];
 249     int i, j;
 250
 251     values[VAR_N] = inlink->frame_count_out;
 252     values[VAR_W] = s->planewidth[plane];
 253     values[VAR_H] = s->planeheight[plane];
 254
 255     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++) {
 256         values[VAR_X] = i;
 257         for (j = 0; j < s->rdft_vlen[plane]; j++) {
 258             values[VAR_Y] = j;
 259             s->weight[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j] =
 260             av_expr_eval(s->weight_expr[plane], values, s);
 261         }
 262     }
 263 }
 264
 265 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 266 {
 267     FFTFILTContext *s = inlink->dst->priv;
 268     const AVPixFmtDescriptor *desc;
 269     int rdft_hbits, rdft_vbits, i, plane;
 270
 271     desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 272     s->depth = desc->comp[0].depth;
 273     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 274     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
 275     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 276     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 277
 278     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 279
 280     for (i = 0; i < desc->nb_components; i++) {
 281         int w = s->planewidth[i];
 282         int h = s->planeheight[i];
 283
 284         /* RDFT - Array initialization for Horizontal pass*/
 285         for (rdft_hbits = 1; 1 << rdft_hbits < w*10/9; rdft_hbits++);
 286         s->rdft_hbits[i] = rdft_hbits;
 287         s->rdft_hlen[i] = 1 << rdft_hbits;
 288         if (!(s->rdft_hdata[i] = av_malloc_array(h, s->rdft_hlen[i] * sizeof(FFTSample))))
 289             return AVERROR(ENOMEM);
 290
 291         if (!(s->hrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_hbits[i], DFT_R2C)))
 292             return AVERROR(ENOMEM);
 293         if (!(s->ihrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_hbits[i], IDFT_C2R)))
 294             return AVERROR(ENOMEM);
 295
 296         /* RDFT - Array initialization for Vertical pass*/
 297         for (rdft_vbits = 1; 1 << rdft_vbits < h*10/9; rdft_vbits++);
 298         s->rdft_vbits[i] = rdft_vbits;
 299         s->rdft_vlen[i] = 1 << rdft_vbits;
 300         if (!(s->rdft_vdata[i] = av_malloc_array(s->rdft_hlen[i], s->rdft_vlen[i] * sizeof(FFTSample))))
 301             return AVERROR(ENOMEM);
 302
 303         if (!(s->vrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_vbits[i], DFT_R2C)))
 304             return AVERROR(ENOMEM);
 305         if (!(s->ivrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_vbits[i], IDFT_C2R)))
 306             return AVERROR(ENOMEM);
 307     }
 308
 309     /*Luminance value - Array initialization*/
 310     for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
 311         if(!(s->weight[plane] = av_malloc_array(s->rdft_hlen[plane], s->rdft_vlen[plane] * sizeof(double))))
 312             return AVERROR(ENOMEM);
 313
 314         if (s->eval_mode == EVAL_MODE_INIT)
 315             do_eval(s, inlink, plane);
 316     }
 317
 318     if (s->depth <= 8) {
 319         s->rdft_horizontal = rdft_horizontal8;
 320         s->irdft_horizontal = irdft_horizontal8;
 321     } else if (s->depth > 8) {
 322         s->rdft_horizontal = rdft_horizontal16;
 323         s->irdft_horizontal = irdft_horizontal16;
 324     } else {
 325         return AVERROR_BUG;
 326     }
 327     return 0;
 328 }
 329
 330 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 331 {
 332     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 333     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 334     FFTFILTContext *s = ctx->priv;
 335     AVFrame *out;
 336     int i, j, plane;
 337
 338     out = ff_get_video_buffer(outlink, inlink->w, inlink->h);
 339     if (!out) {
 340         av_frame_free(&in);
 341         return AVERROR(ENOMEM);
 342     }
 343
 344     av_frame_copy_props(out, in);
 345
 346     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 347         int w = s->planewidth[plane];
 348         int h = s->planeheight[plane];
 349
 350         if (s->eval_mode == EVAL_MODE_FRAME)
 351             do_eval(s, inlink, plane);
 352
 353         s->rdft_horizontal(s, in, w, h, plane);
 354         rdft_vertical(s, h, plane);
 355
 356         /*Change user defined parameters*/
 357         for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
 358             for (j = 0; j < s->rdft_vlen[plane]; j++)
 359                 s->rdft_vdata[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j] *=
 360                   s->weight[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j];
 361
 362         s->rdft_vdata[plane][0] += s->rdft_hlen[plane] * s->rdft_vlen[plane] * s->dc[plane];
 363
 364         irdft_vertical(s, h, plane);
 365         s->irdft_horizontal(s, out, w, h, plane);
 366     }
 367
 368     av_frame_free(&in);
 369     return ff_filter_frame(outlink, out);
 370 }
 371
 372 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 373 {
 374     FFTFILTContext *s = ctx->priv;
 375     int i;
 376     for (i = 0; i < MAX_PLANES; i++) {
 377         av_free(s->rdft_hdata[i]);
 378         av_free(s->rdft_vdata[i]);
 379         av_expr_free(s->weight_expr[i]);
 380         av_free(s->weight[i]);
 381         av_rdft_end(s->hrdft[i]);
 382         av_rdft_end(s->ihrdft[i]);
 383         av_rdft_end(s->vrdft[i]);
 384         av_rdft_end(s->ivrdft[i]);
 385     }
 386 }
 387
 388 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 389 {
 390     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts_fftfilt[] = {
 391         AV_PIX_FMT_GRAY8,
 392         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 393         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 394         AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 395         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV420P10,
 396         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV420P14,
 397         AV_PIX_FMT_YUV420P16,
 398         AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV422P10,
 399         AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV422P14,
 400         AV_PIX_FMT_YUV422P16,
 401         AV_PIX_FMT_YUV444P9, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
 402         AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
 403         AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 404         AV_PIX_FMT_NONE
 405     };
 406
 407     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pixel_fmts_fftfilt);
 408     if (!fmts_list)
 409         return AVERROR(ENOMEM);
 410     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 411 }
 412
 413 static const AVFilterPad fftfilt_inputs[] = {
 414     {
 415         .name = "default",
 416         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 417         .config_props = config_props,
 418         .filter_frame = filter_frame,
 419     },
 420     { NULL }
 421 };
 422
 423 static const AVFilterPad fftfilt_outputs[] = {
 424     {
 425         .name = "default",
 426         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 427     },
 428     { NULL }
 429 };
 430
 431 AVFilter ff_vf_fftfilt = {
 432     .name            = "fftfilt",
 433     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply arbitrary expressions to pixels in frequency domain."),
 434     .priv_size       = sizeof(FFTFILTContext),
 435     .priv_class      = &fftfilt_class,
 436     .inputs          = fftfilt_inputs,
 437     .outputs         = fftfilt_outputs,
 438     .query_formats   = query_formats,
 439     .init            = initialize,
 440     .uninit          = uninit,
 441     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
 442 };