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

   1 /*
   2  * Copyright (C) 2012 Mark Himsley
   3  *
   4  * get_scene_score() Copyright (c) 2011 Stefano Sabatini
   5  * taken from libavfilter/vf_select.c
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 /**
  25  * @file
  26  * filter for upsampling or downsampling a progressive source
  27  */
  28
  29 #define DEBUG
  30
  31 #include "libavutil/avassert.h"
  32 #include "libavutil/imgutils.h"
  33 #include "libavutil/internal.h"
  34 #include "libavutil/opt.h"
  35 #include "libavutil/pixdesc.h"
  36 #include "libavutil/pixelutils.h"
  37
  38 #include "avfilter.h"
  39 #include "internal.h"
  40 #include "video.h"
  41 #include "framerate.h"
  42
  43 #define OFFSET(x) offsetof(FrameRateContext, x)
  44 #define V AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  45 #define F AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  46 #define FRAMERATE_FLAG_SCD 01
  47
  48 static const AVOption framerate_options[] = {
  49     {"fps",                 "required output frames per second rate", OFFSET(dest_frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, {.str="50"},             0,       INT_MAX, V|F },
  50
  51     {"interp_start",        "point to start linear interpolation",    OFFSET(interp_start),    AV_OPT_TYPE_INT,      {.i64=15},                 0,       255,     V|F },
  52     {"interp_end",          "point to end linear interpolation",      OFFSET(interp_end),      AV_OPT_TYPE_INT,      {.i64=240},                0,       255,     V|F },
  53     {"scene",               "scene change level",                     OFFSET(scene_score),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE,   {.dbl=8.2},                0,       INT_MAX, V|F },
  54
  55     {"flags",               "set flags",                              OFFSET(flags),           AV_OPT_TYPE_FLAGS,    {.i64=1},                  0,       INT_MAX, V|F, "flags" },
  56     {"scene_change_detect", "enable scene change detection",          0,                       AV_OPT_TYPE_CONST,    {.i64=FRAMERATE_FLAG_SCD}, INT_MIN, INT_MAX, V|F, "flags" },
  57     {"scd",                 "enable scene change detection",          0,                       AV_OPT_TYPE_CONST,    {.i64=FRAMERATE_FLAG_SCD}, INT_MIN, INT_MAX, V|F, "flags" },
  58
  59     {NULL}
  60 };
  61
  62 AVFILTER_DEFINE_CLASS(framerate);
  63
  64 static av_always_inline int64_t sad_8x8_16(const uint16_t *src1, ptrdiff_t stride1,
  65                                            const uint16_t *src2, ptrdiff_t stride2)
  66 {
  67     int sum = 0;
  68     int x, y;
  69
  70     for (y = 0; y < 8; y++) {
  71         for (x = 0; x < 8; x++)
  72             sum += FFABS(src1[x] - src2[x]);
  73         src1 += stride1;
  74         src2 += stride2;
  75     }
  76     return sum;
  77 }
  78
  79 static int64_t scene_sad16(FrameRateContext *s, const uint16_t *p1, int p1_linesize, const uint16_t* p2, int p2_linesize, const int width, const int height)
  80 {
  81     int64_t sad;
  82     int x, y;
  83     for (sad = y = 0; y < height - 7; y += 8) {
  84         for (x = 0; x < width - 7; x += 8) {
  85             sad += sad_8x8_16(p1 + y * p1_linesize + x,
  86                               p1_linesize,
  87                               p2 + y * p2_linesize + x,
  88                               p2_linesize);
  89         }
  90     }
  91     return sad;
  92 }
  93
  94 static int64_t scene_sad8(FrameRateContext *s, uint8_t *p1, int p1_linesize, uint8_t* p2, int p2_linesize, const int width, const int height)
  95 {
  96     int64_t sad;
  97     int x, y;
  98     for (sad = y = 0; y < height - 7; y += 8) {
  99         for (x = 0; x < width - 7; x += 8) {
 100             sad += s->sad(p1 + y * p1_linesize + x,
 101                           p1_linesize,
 102                           p2 + y * p2_linesize + x,
 103                           p2_linesize);
 104         }
 105     }
 106     emms_c();
 107     return sad;
 108 }
 109
 110 static double get_scene_score(AVFilterContext *ctx, AVFrame *crnt, AVFrame *next)
 111 {
 112     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 113     double ret = 0;
 114
 115     ff_dlog(ctx, "get_scene_score()\n");
 116
 117     if (crnt->height == next->height &&
 118         crnt->width  == next->width) {
 119         int64_t sad;
 120         double mafd, diff;
 121
 122         ff_dlog(ctx, "get_scene_score() process\n");
 123         if (s->bitdepth == 8)
 124             sad = scene_sad8(s, crnt->data[0], crnt->linesize[0], next->data[0], next->linesize[0], crnt->width, crnt->height);
 125         else
 126             sad = scene_sad16(s, (const uint16_t*)crnt->data[0], crnt->linesize[0] / 2, (const uint16_t*)next->data[0], next->linesize[0] / 2, crnt->width, crnt->height);
 127
 128         mafd = (double)sad * 100.0 / FFMAX(1, (crnt->height & ~7) * (crnt->width & ~7)) / (1 << s->bitdepth);
 129         diff = fabs(mafd - s->prev_mafd);
 130         ret  = av_clipf(FFMIN(mafd, diff), 0, 100.0);
 131         s->prev_mafd = mafd;
 132     }
 133     ff_dlog(ctx, "get_scene_score() result is:%f\n", ret);
 134     return ret;
 135 }
 136
 137 typedef struct ThreadData {
 138     AVFrame *copy_src1, *copy_src2;
 139     uint16_t src1_factor, src2_factor;
 140 } ThreadData;
 141
 142 static int filter_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int job, int nb_jobs)
 143 {
 144     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 145     ThreadData *td = arg;
 146     uint16_t src1_factor = td->src1_factor;
 147     uint16_t src2_factor = td->src2_factor;
 148     int plane;
 149
 150     for (plane = 0; plane < 4 && td->copy_src1->data[plane] && td->copy_src2->data[plane]; plane++) {
 151         int cpy_line_width = s->line_size[plane];
 152         uint8_t *cpy_src1_data = td->copy_src1->data[plane];
 153         int cpy_src1_line_size = td->copy_src1->linesize[plane];
 154         uint8_t *cpy_src2_data = td->copy_src2->data[plane];
 155         int cpy_src2_line_size = td->copy_src2->linesize[plane];
 156         int cpy_src_h = (plane > 0 && plane < 3) ? (td->copy_src1->height >> s->vsub) : (td->copy_src1->height);
 157         uint8_t *cpy_dst_data = s->work->data[plane];
 158         int cpy_dst_line_size = s->work->linesize[plane];
 159         const int start = (cpy_src_h *  job   ) / nb_jobs;
 160         const int end   = (cpy_src_h * (job+1)) / nb_jobs;
 161         cpy_src1_data += start * cpy_src1_line_size;
 162         cpy_src2_data += start * cpy_src2_line_size;
 163         cpy_dst_data += start * cpy_dst_line_size;
 164
 165         s->blend(cpy_src1_data, cpy_src1_line_size,
 166                  cpy_src2_data, cpy_src2_line_size,
 167                  cpy_dst_data,  cpy_dst_line_size,
 168                  cpy_line_width, end - start,
 169                  src1_factor, src2_factor, s->blend_factor_max >> 1);
 170     }
 171
 172     return 0;
 173 }
 174
 175 static int blend_frames(AVFilterContext *ctx, int interpolate)
 176 {
 177     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 178     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 179     double interpolate_scene_score = 0;
 180
 181     if ((s->flags & FRAMERATE_FLAG_SCD)) {
 182         if (s->score >= 0.0)
 183             interpolate_scene_score = s->score;
 184         else
 185             interpolate_scene_score = s->score = get_scene_score(ctx, s->f0, s->f1);
 186         ff_dlog(ctx, "blend_frames() interpolate scene score:%f\n", interpolate_scene_score);
 187     }
 188     // decide if the shot-change detection allows us to blend two frames
 189     if (interpolate_scene_score < s->scene_score) {
 190         ThreadData td;
 191         td.copy_src1 = s->f0;
 192         td.copy_src2 = s->f1;
 193         td.src2_factor = interpolate;
 194         td.src1_factor = s->blend_factor_max - td.src2_factor;
 195
 196         // get work-space for output frame
 197         s->work = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 198         if (!s->work)
 199             return AVERROR(ENOMEM);
 200
 201         av_frame_copy_props(s->work, s->f0);
 202
 203         ff_dlog(ctx, "blend_frames() INTERPOLATE to create work frame\n");
 204         ctx->internal->execute(ctx, filter_slice, &td, NULL, FFMIN(FFMAX(1, outlink->h >> 2), ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 205         return 1;
 206     }
 207     return 0;
 208 }
 209
 210 static int process_work_frame(AVFilterContext *ctx)
 211 {
 212     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 213     int64_t work_pts;
 214     int64_t interpolate, interpolate8;
 215     int ret;
 216
 217     if (!s->f1)
 218         return 0;
 219     if (!s->f0 && !s->flush)
 220         return 0;
 221
 222     work_pts = s->start_pts + av_rescale_q(s->n, av_inv_q(s->dest_frame_rate), s->dest_time_base);
 223
 224     if (work_pts >= s->pts1 && !s->flush)
 225         return 0;
 226
 227     if (!s->f0) {
 228         s->work = av_frame_clone(s->f1);
 229     } else {
 230         if (work_pts >= s->pts1 + s->delta && s->flush)
 231             return 0;
 232
 233         interpolate = av_rescale(work_pts - s->pts0, s->blend_factor_max, s->delta);
 234         interpolate8 = av_rescale(work_pts - s->pts0, 256, s->delta);
 235         ff_dlog(ctx, "process_work_frame() interpolate: %"PRId64"/256\n", interpolate8);
 236         if (interpolate >= s->blend_factor_max || interpolate8 > s->interp_end) {
 237             s->work = av_frame_clone(s->f1);
 238         } else if (interpolate <= 0 || interpolate8 < s->interp_start) {
 239             s->work = av_frame_clone(s->f0);
 240         } else {
 241             ret = blend_frames(ctx, interpolate);
 242             if (ret < 0)
 243                 return ret;
 244             if (ret == 0)
 245                 s->work = av_frame_clone(interpolate > (s->blend_factor_max >> 1) ? s->f1 : s->f0);
 246         }
 247     }
 248
 249     if (!s->work)
 250         return AVERROR(ENOMEM);
 251
 252     s->work->pts = work_pts;
 253     s->n++;
 254
 255     return 1;
 256 }
 257
 258 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 259 {
 260     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 261     s->start_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 262     return 0;
 263 }
 264
 265 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 266 {
 267     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 268     av_frame_free(&s->f0);
 269     av_frame_free(&s->f1);
 270 }
 271
 272 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 273 {
 274     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 275         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 276         AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
 277         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 278         AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 279         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 280         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 281         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
 282         AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV422P12,
 283         AV_PIX_FMT_YUV444P9, AV_PIX_FMT_YUV444P10, AV_PIX_FMT_YUV444P12,
 284         AV_PIX_FMT_NONE
 285     };
 286
 287     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 288     if (!fmts_list)
 289         return AVERROR(ENOMEM);
 290     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 291 }
 292
 293 static void blend_frames_c(BLEND_FUNC_PARAMS)
 294 {
 295     int line, pixel;
 296     for (line = 0; line < height; line++) {
 297         for (pixel = 0; pixel < width; pixel++)
 298             dst[pixel] = ((src1[pixel] * factor1) + (src2[pixel] * factor2) + half) >> BLEND_FACTOR_DEPTH8;
 299         src1 += src1_linesize;
 300         src2 += src2_linesize;
 301         dst  += dst_linesize;
 302     }
 303 }
 304
 305 static void blend_frames16_c(BLEND_FUNC_PARAMS)
 306 {
 307     int line, pixel;
 308     uint16_t *dstw = (uint16_t *)dst;
 309     uint16_t *src1w = (uint16_t *)src1;
 310     uint16_t *src2w = (uint16_t *)src2;
 311     width /= 2;
 312     src1_linesize /= 2;
 313     src2_linesize /= 2;
 314     dst_linesize /= 2;
 315     for (line = 0; line < height; line++) {
 316         for (pixel = 0; pixel < width; pixel++)
 317             dstw[pixel] = ((src1w[pixel] * factor1) + (src2w[pixel] * factor2) + half) >> BLEND_FACTOR_DEPTH16;
 318         src1w += src1_linesize;
 319         src2w += src2_linesize;
 320         dstw  += dst_linesize;
 321     }
 322 }
 323
 324 void ff_framerate_init(FrameRateContext *s)
 325 {
 326     if (s->bitdepth == 8) {
 327         s->blend_factor_max = 1 << BLEND_FACTOR_DEPTH8;
 328         s->blend = blend_frames_c;
 329     } else {
 330         s->blend_factor_max = 1 << BLEND_FACTOR_DEPTH16;
 331         s->blend = blend_frames16_c;
 332     }
 333     if (ARCH_X86)
 334         ff_framerate_init_x86(s);
 335 }
 336
 337 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 338 {
 339     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 340     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 341     const AVPixFmtDescriptor *pix_desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 342     int plane;
 343
 344     for (plane = 0; plane < 4; plane++) {
 345         s->line_size[plane] = av_image_get_linesize(inlink->format, inlink->w,
 346                                                     plane);
 347     }
 348
 349     s->bitdepth = pix_desc->comp[0].depth;
 350     s->vsub = pix_desc->log2_chroma_h;
 351
 352     s->sad = av_pixelutils_get_sad_fn(3, 3, 2, s); // 8x8 both sources aligned
 353     if (!s->sad)
 354         return AVERROR(EINVAL);
 355
 356     s->srce_time_base = inlink->time_base;
 357
 358     ff_framerate_init(s);
 359
 360     return 0;
 361 }
 362
 363 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *inpicref)
 364 {
 365     int ret;
 366     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 367     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 368     int64_t pts;
 369
 370     if (inpicref->interlaced_frame)
 371         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Interlaced frame found - the output will not be correct.\n");
 372
 373     if (inpicref->pts == AV_NOPTS_VALUE) {
 374         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Ignoring frame without PTS.\n");
 375         return 0;
 376     }
 377
 378     pts = av_rescale_q(inpicref->pts, s->srce_time_base, s->dest_time_base);
 379     if (s->f1 && pts == s->pts1) {
 380         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Ignoring frame with same PTS.\n");
 381         return 0;
 382     }
 383
 384     av_frame_free(&s->f0);
 385     s->f0 = s->f1;
 386     s->pts0 = s->pts1;
 387     s->f1 = inpicref;
 388     s->pts1 = pts;
 389     s->delta = s->pts1 - s->pts0;
 390     s->score = -1.0;
 391
 392     if (s->delta < 0) {
 393         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "PTS discontinuity.\n");
 394         s->start_pts = s->pts1;
 395         s->n = 0;
 396         av_frame_free(&s->f0);
 397     }
 398
 399     if (s->start_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 400         s->start_pts = s->pts1;
 401
 402     do {
 403         ret = process_work_frame(ctx);
 404         if (ret <= 0)
 405             return ret;
 406         ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[0], s->work);
 407     } while (ret >= 0);
 408
 409     return ret;
 410 }
 411
 412 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 413 {
 414     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 415     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 416     int exact;
 417
 418     ff_dlog(ctx, "config_output()\n");
 419
 420     ff_dlog(ctx,
 421            "config_output() input time base:%u/%u (%f)\n",
 422            ctx->inputs[0]->time_base.num,ctx->inputs[0]->time_base.den,
 423            av_q2d(ctx->inputs[0]->time_base));
 424
 425     // make sure timebase is small enough to hold the framerate
 426
 427     exact = av_reduce(&s->dest_time_base.num, &s->dest_time_base.den,
 428                       av_gcd((int64_t)s->srce_time_base.num * s->dest_frame_rate.num,
 429                              (int64_t)s->srce_time_base.den * s->dest_frame_rate.den ),
 430                       (int64_t)s->srce_time_base.den * s->dest_frame_rate.num, INT_MAX);
 431
 432     av_log(ctx, AV_LOG_INFO,
 433            "time base:%u/%u -> %u/%u exact:%d\n",
 434            s->srce_time_base.num, s->srce_time_base.den,
 435            s->dest_time_base.num, s->dest_time_base.den, exact);
 436     if (!exact) {
 437         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Timebase conversion is not exact\n");
 438     }
 439
 440     outlink->frame_rate = s->dest_frame_rate;
 441     outlink->time_base = s->dest_time_base;
 442
 443     ff_dlog(ctx,
 444            "config_output() output time base:%u/%u (%f) w:%d h:%d\n",
 445            outlink->time_base.num, outlink->time_base.den,
 446            av_q2d(outlink->time_base),
 447            outlink->w, outlink->h);
 448
 449
 450     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "fps -> fps:%u/%u scene score:%f interpolate start:%d end:%d\n",
 451             s->dest_frame_rate.num, s->dest_frame_rate.den,
 452             s->scene_score, s->interp_start, s->interp_end);
 453
 454     return 0;
 455 }
 456
 457 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 458 {
 459     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 460     FrameRateContext *s = ctx->priv;
 461     int ret;
 462
 463     ff_dlog(ctx, "request_frame()\n");
 464
 465     ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
 466     if (ret == AVERROR_EOF && s->f1 && !s->flush) {
 467         s->flush = 1;
 468         ret = process_work_frame(ctx);
 469         if (ret < 0)
 470             return ret;
 471         ret = ret ? ff_filter_frame(ctx->outputs[0], s->work) : AVERROR_EOF;
 472     }
 473
 474     ff_dlog(ctx, "request_frame() source's request_frame() returned:%d\n", ret);
 475     return ret;
 476 }
 477
 478 static const AVFilterPad framerate_inputs[] = {
 479     {
 480         .name         = "default",
 481         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 482         .config_props = config_input,
 483         .filter_frame = filter_frame,
 484     },
 485     { NULL }
 486 };
 487
 488 static const AVFilterPad framerate_outputs[] = {
 489     {
 490         .name          = "default",
 491         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 492         .request_frame = request_frame,
 493         .config_props  = config_output,
 494     },
 495     { NULL }
 496 };
 497
 498 AVFilter ff_vf_framerate = {
 499     .name          = "framerate",
 500     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Upsamples or downsamples progressive source between specified frame rates."),
 501     .priv_size     = sizeof(FrameRateContext),
 502     .priv_class    = &framerate_class,
 503     .init          = init,
 504     .uninit        = uninit,
 505     .query_formats = query_formats,
 506     .inputs        = framerate_inputs,
 507     .outputs       = framerate_outputs,
 508     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 509 };