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

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