git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/vf_hqdn3d.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003 Daniel Moreno <comac AT comac DOT darktech DOT org>
   3  * Copyright (c) 2010 Baptiste Coudurier
   4  * Copyright (c) 2012 Loren Merritt
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg, ported from MPlayer.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  * (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  19  * with FFmpeg; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  20  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * high quality 3d video denoiser, ported from MPlayer
  26  * libmpcodecs/vf_hqdn3d.c.
  27  */
  28
  29 #include "config.h"
  30 #include "libavutil/common.h"
  31 #include "libavutil/pixdesc.h"
  32 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  33 #include "avfilter.h"
  34 #include "formats.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "video.h"
  37 #include "vf_hqdn3d.h"
  38
  39 #define LUT_BITS (depth==16 ? 8 : 4)
  40 #define LOAD(x) (((depth==8 ? src[x] : AV_RN16A(src+(x)*2)) << (16-depth)) + (((1<<(16-depth))-1)>>1))
  41 #define STORE(x,val) (depth==8 ? dst[x] = (val) >> (16-depth)\
  42                     : AV_WN16A(dst+(x)*2, (val) >> (16-depth)))
  43
  44 av_always_inline
  45 static uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef, int depth)
  46 {
  47     int d = (prev - cur) >> (8 - LUT_BITS);
  48     return cur + coef[d];
  49 }
  50
  51 av_always_inline
  52 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  53                              uint16_t *frame_ant,
  54                              int w, int h, int sstride, int dstride,
  55                              int16_t *temporal, int depth)
  56 {
  57     long x, y;
  58     uint32_t tmp;
  59
  60     temporal += 256 << LUT_BITS;
  61
  62     for (y = 0; y < h; y++) {
  63         for (x = 0; x < w; x++) {
  64             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], LOAD(x), temporal, depth);
  65             STORE(x, tmp);
  66         }
  67         src += sstride;
  68         dst += dstride;
  69         frame_ant += w;
  70     }
  71 }
  72
  73 av_always_inline
  74 static void denoise_spatial(HQDN3DContext *hqdn3d,
  75                             uint8_t *src, uint8_t *dst,
  76                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
  77                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  78                             int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
  79 {
  80     long x, y;
  81     uint32_t pixel_ant;
  82     uint32_t tmp;
  83
  84     spatial  += 256 << LUT_BITS;
  85     temporal += 256 << LUT_BITS;
  86
  87     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
  88      * last frame */
  89     pixel_ant = LOAD(0);
  90     for (x = 0; x < w; x++) {
  91         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x), spatial, depth);
  92         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
  93         STORE(x, tmp);
  94     }
  95
  96     for (y = 1; y < h; y++) {
  97         src += sstride;
  98         dst += dstride;
  99         frame_ant += w;
 100         if (hqdn3d->denoise_row[depth]) {
 101             hqdn3d->denoise_row[depth](src, dst, line_ant, frame_ant, w, spatial, temporal);
 102             continue;
 103         }
 104         pixel_ant = LOAD(0);
 105         for (x = 0; x < w-1; x++) {
 106             line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
 107             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x+1), spatial, depth);
 108             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 109             STORE(x, tmp);
 110         }
 111         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
 112         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 113         STORE(x, tmp);
 114     }
 115 }
 116
 117 av_always_inline
 118 static void denoise_depth(HQDN3DContext *hqdn3d,
 119                           uint8_t *src, uint8_t *dst,
 120                           uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 121                           int w, int h, int sstride, int dstride,
 122                           int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
 123 {
 124     // FIXME: For 16bit depth, frame_ant could be a pointer to the previous
 125     // filtered frame rather than a separate buffer.
 126     long x, y;
 127     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 128     if (!frame_ant) {
 129         uint8_t *frame_src = src;
 130         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 131         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
 132             for (x = 0; x < w; x++)
 133                 frame_ant[x] = LOAD(x);
 134         src = frame_src;
 135         frame_ant = *frame_ant_ptr;
 136     }
 137
 138     if (spatial[0])
 139         denoise_spatial(hqdn3d, src, dst, line_ant, frame_ant,
 140                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal, depth);
 141     else
 142         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 143                          w, h, sstride, dstride, temporal, depth);
 144 }
 145
 146 #define denoise(...) \
 147     switch (hqdn3d->depth) {\
 148         case  8: denoise_depth(__VA_ARGS__,  8); break;\
 149         case  9: denoise_depth(__VA_ARGS__,  9); break;\
 150         case 10: denoise_depth(__VA_ARGS__, 10); break;\
 151         case 16: denoise_depth(__VA_ARGS__, 16); break;\
 152     }
 153
 154 static int16_t *precalc_coefs(double dist25, int depth)
 155 {
 156     int i;
 157     double gamma, simil, C;
 158     int16_t *ct = av_malloc((512<<LUT_BITS)*sizeof(int16_t));
 159     if (!ct)
 160         return NULL;
 161
 162     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
 163
 164     for (i = -255<<LUT_BITS; i <= 255<<LUT_BITS; i++) {
 165         double f = ((i<<(9-LUT_BITS)) + (1<<(8-LUT_BITS)) - 1) / 512.0; // midpoint of the bin
 166         simil = 1.0 - FFABS(f) / 255.0;
 167         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
 168         ct[(256<<LUT_BITS)+i] = lrint(C);
 169     }
 170
 171     ct[0] = !!dist25;
 172     return ct;
 173 }
 174
 175 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 176 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 177 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 178
 179 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 180 {
 181     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 182     double lum_spac, lum_tmp, chrom_spac, chrom_tmp;
 183     double param1, param2, param3, param4;
 184
 185     lum_spac   = PARAM1_DEFAULT;
 186     chrom_spac = PARAM2_DEFAULT;
 187     lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT;
 188     chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 189
 190     if (args) {
 191         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 192                        &param1, &param2, &param3, &param4)) {
 193         case 1:
 194             lum_spac   = param1;
 195             chrom_spac = PARAM2_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 196             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 197             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 198             break;
 199         case 2:
 200             lum_spac   = param1;
 201             chrom_spac = param2;
 202             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 203             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 204             break;
 205         case 3:
 206             lum_spac   = param1;
 207             chrom_spac = param2;
 208             lum_tmp    = param3;
 209             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 210             break;
 211         case 4:
 212             lum_spac   = param1;
 213             chrom_spac = param2;
 214             lum_tmp    = param3;
 215             chrom_tmp  = param4;
 216             break;
 217         }
 218     }
 219
 220     hqdn3d->strength[0] = lum_spac;
 221     hqdn3d->strength[1] = lum_tmp;
 222     hqdn3d->strength[2] = chrom_spac;
 223     hqdn3d->strength[3] = chrom_tmp;
 224
 225     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%f cs:%f lt:%f ct:%f\n",
 226            lum_spac, chrom_spac, lum_tmp, chrom_tmp);
 227     if (lum_spac < 0 || chrom_spac < 0 || isnan(chrom_tmp)) {
 228         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 229                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 230                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 231         return AVERROR(EINVAL);
 232     }
 233
 234     return 0;
 235 }
 236
 237 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 238 {
 239     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 240
 241     av_freep(&hqdn3d->coefs[0]);
 242     av_freep(&hqdn3d->coefs[1]);
 243     av_freep(&hqdn3d->coefs[2]);
 244     av_freep(&hqdn3d->coefs[3]);
 245     av_freep(&hqdn3d->line);
 246     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[0]);
 247     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[1]);
 248     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[2]);
 249 }
 250
 251 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 252 {
 253     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 254         AV_PIX_FMT_YUV420P,
 255         AV_PIX_FMT_YUV422P,
 256         AV_PIX_FMT_YUV444P,
 257         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 258         AV_PIX_FMT_YUV411P,
 259         AV_PIX_FMT_YUV440P,
 260         AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 261         AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 262         AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 263         AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 264         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P9BE, AV_PIX_FMT_YUV420P9LE ),
 265         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P9BE, AV_PIX_FMT_YUV422P9LE ),
 266         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P9BE, AV_PIX_FMT_YUV444P9LE ),
 267         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P10BE, AV_PIX_FMT_YUV420P10LE ),
 268         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P10BE, AV_PIX_FMT_YUV422P10LE ),
 269         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P10BE, AV_PIX_FMT_YUV444P10LE ),
 270         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P16BE, AV_PIX_FMT_YUV420P16LE ),
 271         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P16BE, AV_PIX_FMT_YUV422P16LE ),
 272         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P16BE, AV_PIX_FMT_YUV444P16LE ),
 273         AV_PIX_FMT_NONE
 274     };
 275
 276     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 277
 278     return 0;
 279 }
 280
 281 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 282 {
 283     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 284     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 285     int i;
 286
 287     hqdn3d->hsub  = desc->log2_chroma_w;
 288     hqdn3d->vsub  = desc->log2_chroma_h;
 289     hqdn3d->depth = desc->comp[0].depth_minus1+1;
 290
 291     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 292     if (!hqdn3d->line)
 293         return AVERROR(ENOMEM);
 294
 295     for (i = 0; i < 4; i++) {
 296         hqdn3d->coefs[i] = precalc_coefs(hqdn3d->strength[i], hqdn3d->depth);
 297         if (!hqdn3d->coefs[i])
 298             return AVERROR(ENOMEM);
 299     }
 300
 301     if (ARCH_X86)
 302         ff_hqdn3d_init_x86(hqdn3d);
 303
 304     return 0;
 305 }
 306
 307 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFilterBufferRef *in)
 308 {
 309     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 310     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 311
 312     AVFilterBufferRef *out;
 313     int direct = 0, c;
 314
 315     if (in->perms & AV_PERM_WRITE) {
 316         direct = 1;
 317         out = in;
 318     } else {
 319         out = ff_get_video_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, outlink->w, outlink->h);
 320         if (!out) {
 321             avfilter_unref_bufferp(&in);
 322             return AVERROR(ENOMEM);
 323         }
 324         avfilter_copy_buffer_ref_props(out, in);
 325     }
 326
 327     for (c = 0; c < 3; c++) {
 328         denoise(hqdn3d, in->data[c], out->data[c],
 329                 hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[c],
 330                 in->video->w >> (!!c * hqdn3d->hsub),
 331                 in->video->h >> (!!c * hqdn3d->vsub),
 332                 in->linesize[c], out->linesize[c],
 333                 hqdn3d->coefs[c?2:0], hqdn3d->coefs[c?3:1]);
 334     }
 335
 336     if (!direct)
 337         avfilter_unref_bufferp(&in);
 338
 339     return ff_filter_frame(outlink, out);
 340 }
 341
 342 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_inputs[] = {
 343     {
 344         .name         = "default",
 345         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 346         .config_props = config_input,
 347         .filter_frame = filter_frame,
 348     },
 349     { NULL }
 350 };
 351
 352
 353 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_outputs[] = {
 354     {
 355         .name = "default",
 356         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO
 357     },
 358     { NULL }
 359 };
 360
 361 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 362     .name          = "hqdn3d",
 363     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 364
 365     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 366     .init          = init,
 367     .uninit        = uninit,
 368     .query_formats = query_formats,
 369
 370     .inputs    = avfilter_vf_hqdn3d_inputs,
 371
 372     .outputs   = avfilter_vf_hqdn3d_outputs,
 373 };