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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2012-2019 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/avassert.h"
  22 #include "libavutil/opt.h"
  23 #include "libavutil/parseutils.h"
  24 #include "libavutil/pixdesc.h"
  25 #include "libavutil/imgutils.h"
  26 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  27 #include "avfilter.h"
  28 #include "formats.h"
  29 #include "internal.h"
  30 #include "video.h"
  31
  32 typedef struct HistogramContext {
  33     const AVClass *class;               ///< AVClass context for log and options purpose
  34     int            thistogram;
  35     unsigned       histogram[256*256];
  36     int            histogram_size;
  37     int            width;
  38     int            x_pos;
  39     int            mult;
  40     int            ncomp;
  41     int            dncomp;
  42     uint8_t        bg_color[4];
  43     uint8_t        fg_color[4];
  44     int            level_height;
  45     int            scale_height;
  46     int            display_mode;
  47     int            levels_mode;
  48     const AVPixFmtDescriptor *desc, *odesc;
  49     int            components;
  50     float          fgopacity;
  51     float          bgopacity;
  52     int            planewidth[4];
  53     int            planeheight[4];
  54     int            start[4];
  55     AVFrame       *out;
  56 } HistogramContext;
  57
  58 #define OFFSET(x) offsetof(HistogramContext, x)
  59 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  60
  61 #define COMMON_OPTIONS \
  62     { "display_mode", "set display mode", OFFSET(display_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=2}, 0, 2, FLAGS, "display_mode"}, \
  63     { "d",            "set display mode", OFFSET(display_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=2}, 0, 2, FLAGS, "display_mode"}, \
  64         { "overlay", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=0}, 0, 0, FLAGS, "display_mode" }, \
  65         { "parade",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1}, 0, 0, FLAGS, "display_mode" }, \
  66         { "stack",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=2}, 0, 0, FLAGS, "display_mode" }, \
  67     { "levels_mode", "set levels mode", OFFSET(levels_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 1, FLAGS, "levels_mode"}, \
  68     { "m",           "set levels mode", OFFSET(levels_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 1, FLAGS, "levels_mode"}, \
  69         { "linear",      NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=0}, 0, 0, FLAGS, "levels_mode" }, \
  70         { "logarithmic", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1}, 0, 0, FLAGS, "levels_mode" }, \
  71     { "components", "set color components to display", OFFSET(components), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=7}, 1, 15, FLAGS}, \
  72     { "c",          "set color components to display", OFFSET(components), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=7}, 1, 15, FLAGS},
  73
  74 static const AVOption histogram_options[] = {
  75     { "level_height", "set level height", OFFSET(level_height), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=200}, 50, 2048, FLAGS},
  76     { "scale_height", "set scale height", OFFSET(scale_height), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=12}, 0, 40, FLAGS},
  77     COMMON_OPTIONS
  78     { "fgopacity", "set foreground opacity", OFFSET(fgopacity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.7}, 0, 1, FLAGS},
  79     { "f",         "set foreground opacity", OFFSET(fgopacity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.7}, 0, 1, FLAGS},
  80     { "bgopacity", "set background opacity", OFFSET(bgopacity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0, 1, FLAGS},
  81     { "b",         "set background opacity", OFFSET(bgopacity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0, 1, FLAGS},
  82     { NULL }
  83 };
  84
  85 AVFILTER_DEFINE_CLASS(histogram);
  86
  87 static const enum AVPixelFormat levels_in_pix_fmts[] = {
  88     AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
  89     AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
  90     AV_PIX_FMT_YUV411P,  AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
  91     AV_PIX_FMT_YUV440P,  AV_PIX_FMT_YUV410P,
  92     AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
  93     AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  94     AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
  95     AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  96     AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
  97     AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
  98     AV_PIX_FMT_GBRAP,    AV_PIX_FMT_GBRP,
  99     AV_PIX_FMT_GBRP9,    AV_PIX_FMT_GBRP10,  AV_PIX_FMT_GBRAP10,
 100     AV_PIX_FMT_GBRP12,   AV_PIX_FMT_GBRAP12,
 101     AV_PIX_FMT_GRAY8,
 102     AV_PIX_FMT_NONE
 103 };
 104
 105 static const enum AVPixelFormat levels_out_yuv8_pix_fmts[] = {
 106     AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
 107     AV_PIX_FMT_NONE
 108 };
 109
 110 static const enum AVPixelFormat levels_out_yuv9_pix_fmts[] = {
 111     AV_PIX_FMT_YUVA444P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
 112     AV_PIX_FMT_NONE
 113 };
 114
 115 static const enum AVPixelFormat levels_out_yuv10_pix_fmts[] = {
 116     AV_PIX_FMT_YUVA444P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
 117     AV_PIX_FMT_NONE
 118 };
 119
 120 static const enum AVPixelFormat levels_out_yuv12_pix_fmts[] = {
 121     AV_PIX_FMT_YUV444P12,
 122     AV_PIX_FMT_NONE
 123 };
 124
 125 static const enum AVPixelFormat levels_out_rgb8_pix_fmts[] = {
 126     AV_PIX_FMT_GBRAP,    AV_PIX_FMT_GBRP,
 127     AV_PIX_FMT_NONE
 128 };
 129
 130 static const enum AVPixelFormat levels_out_rgb9_pix_fmts[] = {
 131     AV_PIX_FMT_GBRP9,
 132     AV_PIX_FMT_NONE
 133 };
 134
 135 static const enum AVPixelFormat levels_out_rgb10_pix_fmts[] = {
 136     AV_PIX_FMT_GBRP10, AV_PIX_FMT_GBRAP10,
 137     AV_PIX_FMT_NONE
 138 };
 139
 140 static const enum AVPixelFormat levels_out_rgb12_pix_fmts[] = {
 141     AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRAP12,
 142     AV_PIX_FMT_NONE
 143 };
 144
 145 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 146 {
 147     AVFilterFormats *avff;
 148     const AVPixFmtDescriptor *desc;
 149     const enum AVPixelFormat *out_pix_fmts;
 150     int rgb, i, bits;
 151     int ret;
 152
 153     if (!ctx->inputs[0]->in_formats ||
 154         !ctx->inputs[0]->in_formats->nb_formats) {
 155         return AVERROR(EAGAIN);
 156     }
 157
 158     if (!ctx->inputs[0]->out_formats)
 159         if ((ret = ff_formats_ref(ff_make_format_list(levels_in_pix_fmts), &ctx->inputs[0]->out_formats)) < 0)
 160             return ret;
 161     avff = ctx->inputs[0]->in_formats;
 162     desc = av_pix_fmt_desc_get(avff->formats[0]);
 163     rgb = desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB;
 164     bits = desc->comp[0].depth;
 165     for (i = 1; i < avff->nb_formats; i++) {
 166         desc = av_pix_fmt_desc_get(avff->formats[i]);
 167         if ((rgb != (desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB)) ||
 168             (bits != desc->comp[0].depth))
 169             return AVERROR(EAGAIN);
 170     }
 171
 172     if (rgb && bits == 8)
 173         out_pix_fmts = levels_out_rgb8_pix_fmts;
 174     else if (rgb && bits == 9)
 175         out_pix_fmts = levels_out_rgb9_pix_fmts;
 176     else if (rgb && bits == 10)
 177         out_pix_fmts = levels_out_rgb10_pix_fmts;
 178     else if (rgb && bits == 12)
 179         out_pix_fmts = levels_out_rgb12_pix_fmts;
 180     else if (bits == 8)
 181         out_pix_fmts = levels_out_yuv8_pix_fmts;
 182     else if (bits == 9)
 183         out_pix_fmts = levels_out_yuv9_pix_fmts;
 184     else if (bits == 10)
 185         out_pix_fmts = levels_out_yuv10_pix_fmts;
 186     else if (bits == 12)
 187         out_pix_fmts = levels_out_yuv12_pix_fmts;
 188     else
 189         return AVERROR(EAGAIN);
 190     if ((ret = ff_formats_ref(ff_make_format_list(out_pix_fmts), &ctx->outputs[0]->in_formats)) < 0)
 191         return ret;
 192
 193     return 0;
 194 }
 195
 196 static const uint8_t black_yuva_color[4] = { 0, 127, 127, 255 };
 197 static const uint8_t black_gbrp_color[4] = { 0, 0, 0, 255 };
 198 static const uint8_t white_yuva_color[4] = { 255, 127, 127, 255 };
 199 static const uint8_t white_gbrp_color[4] = { 255, 255, 255, 255 };
 200
 201 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 202 {
 203     HistogramContext *s = inlink->dst->priv;
 204
 205     s->desc  = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 206     s->ncomp = s->desc->nb_components;
 207     s->histogram_size = 1 << s->desc->comp[0].depth;
 208     s->mult = s->histogram_size / 256;
 209
 210     switch (inlink->format) {
 211     case AV_PIX_FMT_GBRAP12:
 212     case AV_PIX_FMT_GBRP12:
 213     case AV_PIX_FMT_GBRAP10:
 214     case AV_PIX_FMT_GBRP10:
 215     case AV_PIX_FMT_GBRP9:
 216     case AV_PIX_FMT_GBRAP:
 217     case AV_PIX_FMT_GBRP:
 218         memcpy(s->bg_color, black_gbrp_color, 4);
 219         memcpy(s->fg_color, white_gbrp_color, 4);
 220         s->start[0] = s->start[1] = s->start[2] = s->start[3] = 0;
 221         break;
 222     default:
 223         memcpy(s->bg_color, black_yuva_color, 4);
 224         memcpy(s->fg_color, white_yuva_color, 4);
 225         s->start[0] = s->start[3] = 0;
 226         s->start[1] = s->start[2] = s->histogram_size / 2;
 227     }
 228
 229     s->fg_color[3] = s->fgopacity * 255;
 230     s->bg_color[3] = s->bgopacity * 255;
 231
 232     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, s->desc->log2_chroma_h);
 233     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 234     s->planewidth[1]  = s->planewidth[2]  = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, s->desc->log2_chroma_w);
 235     s->planewidth[0]  = s->planewidth[3]  = inlink->w;
 236
 237     return 0;
 238 }
 239
 240 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 241 {
 242     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 243     HistogramContext *s = ctx->priv;
 244     int ncomp = 0, i;
 245
 246     if (!strcmp(ctx->filter->name, "thistogram"))
 247         s->thistogram = 1;
 248
 249     for (i = 0; i < s->ncomp; i++) {
 250         if ((1 << i) & s->components)
 251             ncomp++;
 252     }
 253
 254     if (s->thistogram) {
 255         if (!s->width)
 256             s->width = ctx->inputs[0]->w;
 257         outlink->w = s->width * FFMAX(ncomp * (s->display_mode == 1), 1);
 258         outlink->h = s->histogram_size * FFMAX(ncomp * (s->display_mode == 2), 1);
 259     } else {
 260     outlink->w = s->histogram_size * FFMAX(ncomp * (s->display_mode == 1), 1);
 261     outlink->h = (s->level_height + s->scale_height) * FFMAX(ncomp * (s->display_mode == 2), 1);
 262     }
 263
 264     s->odesc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 265     s->dncomp = s->odesc->nb_components;
 266     outlink->sample_aspect_ratio = (AVRational){1,1};
 267
 268     return 0;
 269 }
 270
 271 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 272 {
 273     HistogramContext *s   = inlink->dst->priv;
 274     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
 275     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 276     AVFrame *out = s->out;
 277     int i, j, k, l, m;
 278
 279     if (!s->thistogram || !out) {
 280     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 281     if (!out) {
 282         av_frame_free(&in);
 283         return AVERROR(ENOMEM);
 284     }
 285     s->out = out;
 286
 287     for (k = 0; k < 4 && out->data[k]; k++) {
 288         const int is_chroma = (k == 1 || k == 2);
 289         const int dst_h = AV_CEIL_RSHIFT(outlink->h, (is_chroma ? s->odesc->log2_chroma_h : 0));
 290         const int dst_w = AV_CEIL_RSHIFT(outlink->w, (is_chroma ? s->odesc->log2_chroma_w : 0));
 291
 292         if (s->histogram_size <= 256) {
 293             for (i = 0; i < dst_h ; i++)
 294                 memset(out->data[s->odesc->comp[k].plane] +
 295                        i * out->linesize[s->odesc->comp[k].plane],
 296                        s->bg_color[k], dst_w);
 297         } else {
 298             const int mult = s->mult;
 299
 300             for (i = 0; i < dst_h ; i++)
 301                 for (j = 0; j < dst_w; j++)
 302                     AV_WN16(out->data[s->odesc->comp[k].plane] +
 303                         i * out->linesize[s->odesc->comp[k].plane] + j * 2,
 304                         s->bg_color[k] * mult);
 305         }
 306     }
 307     }
 308
 309     for (m = 0, k = 0; k < s->ncomp; k++) {
 310         const int p = s->desc->comp[k].plane;
 311         const int max_value = s->histogram_size - 1 - s->start[p];
 312         const int height = s->planeheight[p];
 313         const int width = s->planewidth[p];
 314         double max_hval_log;
 315         unsigned max_hval = 0;
 316         int starty, startx;
 317
 318         if (!((1 << k) & s->components))
 319             continue;
 320         if (s->thistogram) {
 321             starty = m * s->histogram_size * (s->display_mode == 2);
 322             startx = m++ * s->width * (s->display_mode == 1);
 323         } else {
 324         startx = m * s->histogram_size * (s->display_mode == 1);
 325         starty = m++ * (s->level_height + s->scale_height) * (s->display_mode == 2);
 326         }
 327
 328         if (s->histogram_size <= 256) {
 329             for (i = 0; i < height; i++) {
 330                 const uint8_t *src = in->data[p] + i * in->linesize[p];
 331                 for (j = 0; j < width; j++)
 332                     s->histogram[src[j]]++;
 333             }
 334         } else {
 335             for (i = 0; i < height; i++) {
 336                 const uint16_t *src = (const uint16_t *)(in->data[p] + i * in->linesize[p]);
 337                 for (j = 0; j < width; j++)
 338                     s->histogram[src[j]]++;
 339             }
 340         }
 341
 342         for (i = 0; i < s->histogram_size; i++)
 343             max_hval = FFMAX(max_hval, s->histogram[i]);
 344         max_hval_log = log2(max_hval + 1);
 345
 346         if (s->thistogram) {
 347             for (int i = 0; i < s->histogram_size; i++) {
 348                 int idx = s->histogram_size - i - 1;
 349                 int value = s->start[p];
 350
 351                 if (s->levels_mode)
 352                     value += lrint(max_value * (log2(s->histogram[idx] + 1) / max_hval_log));
 353                 else
 354                     value += lrint(max_value * s->histogram[idx] / (float)max_hval);
 355
 356                 if (s->histogram_size <= 256) {
 357                     s->out->data[p][(i + starty) * s->out->linesize[p] + startx + s->x_pos] = value;
 358                 } else {
 359                     AV_WN16(s->out->data[p] + (i + starty) * s->out->linesize[p] + startx * 2 + s->x_pos * 2, value);
 360                 }
 361             }
 362         } else {
 363         for (i = 0; i < s->histogram_size; i++) {
 364             int col_height;
 365
 366             if (s->levels_mode)
 367                 col_height = lrint(s->level_height * (1. - (log2(s->histogram[i] + 1) / max_hval_log)));
 368             else
 369                 col_height = s->level_height - (s->histogram[i] * (int64_t)s->level_height + max_hval - 1) / max_hval;
 370
 371             if (s->histogram_size <= 256) {
 372                 for (j = s->level_height - 1; j >= col_height; j--) {
 373                     if (s->display_mode) {
 374                         for (l = 0; l < s->dncomp; l++)
 375                             out->data[l][(j + starty) * out->linesize[l] + startx + i] = s->fg_color[l];
 376                     } else {
 377                         out->data[p][(j + starty) * out->linesize[p] + startx + i] = 255;
 378                     }
 379                 }
 380                 for (j = s->level_height + s->scale_height - 1; j >= s->level_height; j--)
 381                     out->data[p][(j + starty) * out->linesize[p] + startx + i] = i;
 382             } else {
 383                 const int mult = s->mult;
 384
 385                 for (j = s->level_height - 1; j >= col_height; j--) {
 386                     if (s->display_mode) {
 387                         for (l = 0; l < s->dncomp; l++)
 388                             AV_WN16(out->data[l] + (j + starty) * out->linesize[l] + startx * 2 + i * 2, s->fg_color[l] * mult);
 389                     } else {
 390                         AV_WN16(out->data[p] + (j + starty) * out->linesize[p] + startx * 2 + i * 2, 255 * mult);
 391                     }
 392                 }
 393                 for (j = s->level_height + s->scale_height - 1; j >= s->level_height; j--)
 394                     AV_WN16(out->data[p] + (j + starty) * out->linesize[p] + startx * 2 + i * 2, i);
 395             }
 396         }
 397         }
 398
 399         memset(s->histogram, 0, s->histogram_size * sizeof(unsigned));
 400     }
 401
 402     out->pts = in->pts;
 403     av_frame_free(&in);
 404     s->x_pos++;
 405     if (s->x_pos >= s->width)
 406         s->x_pos = 0;
 407
 408     if (s->thistogram) {
 409         AVFrame *clone = av_frame_clone(out);
 410
 411         if (!clone)
 412             return AVERROR(ENOMEM);
 413         return ff_filter_frame(outlink, clone);
 414     }
 415     return ff_filter_frame(outlink, out);
 416 }
 417
 418 static const AVFilterPad inputs[] = {
 419     {
 420         .name         = "default",
 421         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 422         .filter_frame = filter_frame,
 423         .config_props = config_input,
 424     },
 425     { NULL }
 426 };
 427
 428 static const AVFilterPad outputs[] = {
 429     {
 430         .name         = "default",
 431         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 432         .config_props = config_output,
 433     },
 434     { NULL }
 435 };
 436
 437 #if CONFIG_HISTOGRAM_FILTER
 438
 439 AVFilter ff_vf_histogram = {
 440     .name          = "histogram",
 441     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Compute and draw a histogram."),
 442     .priv_size     = sizeof(HistogramContext),
 443     .query_formats = query_formats,
 444     .inputs        = inputs,
 445     .outputs       = outputs,
 446     .priv_class    = &histogram_class,
 447 };
 448
 449 #endif /* CONFIG_HISTOGRAM_FILTER */
 450
 451 #if CONFIG_THISTOGRAM_FILTER
 452
 453 static const AVOption thistogram_options[] = {
 454     { "width", "set width", OFFSET(width), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 8192, FLAGS},
 455     { "w",     "set width", OFFSET(width), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 8192, FLAGS},
 456     COMMON_OPTIONS
 457     { "bgopacity", "set background opacity", OFFSET(bgopacity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0, 1, FLAGS},
 458     { "b",         "set background opacity", OFFSET(bgopacity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0.5}, 0, 1, FLAGS},
 459     { NULL }
 460 };
 461
 462 AVFILTER_DEFINE_CLASS(thistogram);
 463
 464 AVFilter ff_vf_thistogram = {
 465     .name          = "thistogram",
 466     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Compute and draw a temporal histogram."),
 467     .priv_size     = sizeof(HistogramContext),
 468     .query_formats = query_formats,
 469     .inputs        = inputs,
 470     .outputs       = outputs,
 471     .priv_class    = &thistogram_class,
 472 };
 473
 474 #endif /* CONFIG_THISTOGRAM_FILTER */