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 Libav, ported from MPlayer.
   7  *
   8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 "libavutil/pixdesc.h"
  30 #include "avfilter.h"
  31 #include "formats.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "video.h"
  34
  35 typedef struct {
  36     int16_t coefs[4][512*16];
  37     uint16_t *line;
  38     uint16_t *frame_prev[3];
  39     int hsub, vsub;
  40 } HQDN3DContext;
  41
  42 static inline uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef)
  43 {
  44     int d = (prev-cur)>>4;
  45     return cur + coef[d];
  46 }
  47
  48 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  49                              uint16_t *frame_ant,
  50                              int w, int h, int sstride, int dstride,
  51                              int16_t *temporal)
  52 {
  53     long x, y;
  54     uint32_t tmp;
  55
  56     temporal += 0x1000;
  57
  58     for (y = 0; y < h; y++) {
  59         for (x = 0; x < w; x++) {
  60             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], src[x]<<8, temporal);
  61             dst[x] = (tmp+0x7F)>>8;
  62         }
  63         src += sstride;
  64         dst += dstride;
  65         frame_ant += w;
  66     }
  67 }
  68
  69 static void denoise_spatial(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  70                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
  71                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  72                             int16_t *spatial, int16_t *temporal)
  73 {
  74     long x, y;
  75     uint32_t pixel_ant;
  76     uint32_t tmp;
  77
  78     spatial  += 0x1000;
  79     temporal += 0x1000;
  80
  81     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
  82      * last frame */
  83     pixel_ant = src[0]<<8;
  84     for (x = 0; x < w; x++) {
  85         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, src[x]<<8, spatial);
  86         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
  87         dst[x] = (tmp+0x7F)>>8;
  88     }
  89
  90     for (y = 1; y < h; y++) {
  91         src += sstride;
  92         dst += dstride;
  93         frame_ant += w;
  94         pixel_ant = src[0]<<8;
  95         for (x = 0; x < w-1; x++) {
  96             line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial);
  97             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, src[x+1]<<8, spatial);
  98             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
  99             dst[x] = (tmp+0x7F)>>8;
 100         }
 101         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial);
 102         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
 103         dst[x] = (tmp+0x7F)>>8;
 104     }
 105 }
 106
 107 static void denoise(uint8_t *src, uint8_t *dst,
 108                     uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 109                     int w, int h, int sstride, int dstride,
 110                     int16_t *spatial, int16_t *temporal)
 111 {
 112     long x, y;
 113     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 114     if (!frame_ant) {
 115         uint8_t *frame_src = src;
 116         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 117         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
 118             for (x = 0; x < w; x++)
 119                 frame_ant[x] = src[x]<<8;
 120         src = frame_src;
 121         frame_ant = *frame_ant_ptr;
 122     }
 123
 124     if (spatial[0])
 125         denoise_spatial(src, dst, line_ant, frame_ant,
 126                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal);
 127     else
 128         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 129                          w, h, sstride, dstride, temporal);
 130 }
 131
 132 static void precalc_coefs(int16_t *ct, double dist25)
 133 {
 134     int i;
 135     double gamma, simil, C;
 136
 137     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
 138
 139     for (i = -255*16; i <= 255*16; i++) {
 140         // lowpass() truncates (not rounds) the diff, so +15/32 for the midpoint of the bin.
 141         double f = (i + 15.0/32.0) / 16.0;
 142         simil = 1.0 - FFABS(f) / 255.0;
 143         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
 144         ct[16*256+i] = lrint(C);
 145     }
 146
 147     ct[0] = !!dist25;
 148 }
 149
 150 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 151 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 152 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 153
 154 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 155 {
 156     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 157     double lum_spac, lum_tmp, chrom_spac, chrom_tmp;
 158     double param1, param2, param3, param4;
 159
 160     lum_spac   = PARAM1_DEFAULT;
 161     chrom_spac = PARAM2_DEFAULT;
 162     lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT;
 163     chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 164
 165     if (args) {
 166         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 167                        &param1, &param2, &param3, &param4)) {
 168         case 1:
 169             lum_spac   = param1;
 170             chrom_spac = PARAM2_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 171             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 172             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 173             break;
 174         case 2:
 175             lum_spac   = param1;
 176             chrom_spac = param2;
 177             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 178             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 179             break;
 180         case 3:
 181             lum_spac   = param1;
 182             chrom_spac = param2;
 183             lum_tmp    = param3;
 184             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 185             break;
 186         case 4:
 187             lum_spac   = param1;
 188             chrom_spac = param2;
 189             lum_tmp    = param3;
 190             chrom_tmp  = param4;
 191             break;
 192         }
 193     }
 194
 195     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 196            lum_spac, chrom_spac, lum_tmp, chrom_tmp);
 197     if (lum_spac < 0 || chrom_spac < 0 || isnan(chrom_tmp)) {
 198         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 199                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 200                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 201         return AVERROR(EINVAL);
 202     }
 203
 204     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[0], lum_spac);
 205     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[1], lum_tmp);
 206     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[2], chrom_spac);
 207     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[3], chrom_tmp);
 208
 209     return 0;
 210 }
 211
 212 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 213 {
 214     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 215
 216     av_freep(&hqdn3d->line);
 217     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[0]);
 218     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[1]);
 219     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[2]);
 220 }
 221
 222 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 223 {
 224     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 225         PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV411P, PIX_FMT_NONE
 226     };
 227
 228     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 229
 230     return 0;
 231 }
 232
 233 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 234 {
 235     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 236
 237     hqdn3d->hsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_w;
 238     hqdn3d->vsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_h;
 239
 240     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 241     if (!hqdn3d->line)
 242         return AVERROR(ENOMEM);
 243
 244     return 0;
 245 }
 246
 247 static int null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir)
 248 {
 249     return 0;
 250 }
 251
 252 static int end_frame(AVFilterLink *inlink)
 253 {
 254     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 255     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 256     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 257     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 258     int ret, c;
 259
 260     for (c = 0; c < 3; c++) {
 261         denoise(inpic->data[c], outpic->data[c],
 262                 hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[c],
 263                 inpic->video->w >> (!!c * hqdn3d->hsub),
 264                 inpic->video->h >> (!!c * hqdn3d->vsub),
 265                 inpic->linesize[c], outpic->linesize[c],
 266                 hqdn3d->coefs[c?2:0], hqdn3d->coefs[c?3:1]);
 267     }
 268
 269     if ((ret = ff_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1)) < 0 ||
 270         (ret = ff_end_frame(outlink)) < 0)
 271         return ret;
 272     return 0;
 273 }
 274
 275 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 276     .name          = "hqdn3d",
 277     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 278
 279     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 280     .init          = init,
 281     .uninit        = uninit,
 282     .query_formats = query_formats,
 283
 284     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 285                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 286                                           .start_frame      = ff_inplace_start_frame,
 287                                           .draw_slice       = null_draw_slice,
 288                                           .config_props     = config_input,
 289                                           .end_frame        = end_frame },
 290                                         { .name = NULL}},
 291
 292     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 293                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO },
 294                                         { .name = NULL}},
 295 };