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  *
   5  * This file is part of Libav, ported from MPlayer.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  10  * (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  18  * with Libav; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  19  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * high quality 3d video denoiser, ported from MPlayer
  25  * libmpcodecs/vf_hqdn3d.c.
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/pixdesc.h"
  29 #include "avfilter.h"
  30 #include "formats.h"
  31
  32 typedef struct {
  33     int Coefs[4][512*16];
  34     unsigned int *Line;
  35     unsigned short *Frame[3];
  36     int hsub, vsub;
  37 } HQDN3DContext;
  38
  39 static inline unsigned int LowPassMul(unsigned int PrevMul, unsigned int CurrMul, int *Coef)
  40 {
  41     //    int dMul= (PrevMul&0xFFFFFF)-(CurrMul&0xFFFFFF);
  42     int dMul= PrevMul-CurrMul;
  43     unsigned int d=((dMul+0x10007FF)>>12);
  44     return CurrMul + Coef[d];
  45 }
  46
  47 static void deNoiseTemporal(unsigned char *FrameSrc,
  48                             unsigned char *FrameDest,
  49                             unsigned short *FrameAnt,
  50                             int W, int H, int sStride, int dStride,
  51                             int *Temporal)
  52 {
  53     long X, Y;
  54     unsigned int PixelDst;
  55
  56     for (Y = 0; Y < H; Y++) {
  57         for (X = 0; X < W; X++) {
  58             PixelDst = LowPassMul(FrameAnt[X]<<8, FrameSrc[X]<<16, Temporal);
  59             FrameAnt[X] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
  60             FrameDest[X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  61         }
  62         FrameSrc  += sStride;
  63         FrameDest += dStride;
  64         FrameAnt += W;
  65     }
  66 }
  67
  68 static void deNoiseSpacial(unsigned char *Frame,
  69                            unsigned char *FrameDest,
  70                            unsigned int *LineAnt,
  71                            int W, int H, int sStride, int dStride,
  72                            int *Horizontal, int *Vertical)
  73 {
  74     long X, Y;
  75     long sLineOffs = 0, dLineOffs = 0;
  76     unsigned int PixelAnt;
  77     unsigned int PixelDst;
  78
  79     /* First pixel has no left nor top neighbor. */
  80     PixelDst = LineAnt[0] = PixelAnt = Frame[0]<<16;
  81     FrameDest[0]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  82
  83     /* First line has no top neighbor, only left. */
  84     for (X = 1; X < W; X++) {
  85         PixelDst = LineAnt[X] = LowPassMul(PixelAnt, Frame[X]<<16, Horizontal);
  86         FrameDest[X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  87     }
  88
  89     for (Y = 1; Y < H; Y++) {
  90         unsigned int PixelAnt;
  91         sLineOffs += sStride, dLineOffs += dStride;
  92         /* First pixel on each line doesn't have previous pixel */
  93         PixelAnt = Frame[sLineOffs]<<16;
  94         PixelDst = LineAnt[0] = LowPassMul(LineAnt[0], PixelAnt, Vertical);
  95         FrameDest[dLineOffs]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  96
  97         for (X = 1; X < W; X++) {
  98             unsigned int PixelDst;
  99             /* The rest are normal */
 100             PixelAnt = LowPassMul(PixelAnt, Frame[sLineOffs+X]<<16, Horizontal);
 101             PixelDst = LineAnt[X] = LowPassMul(LineAnt[X], PixelAnt, Vertical);
 102             FrameDest[dLineOffs+X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 103         }
 104     }
 105 }
 106
 107 static void deNoise(unsigned char *Frame,
 108                     unsigned char *FrameDest,
 109                     unsigned int *LineAnt,
 110                     unsigned short **FrameAntPtr,
 111                     int W, int H, int sStride, int dStride,
 112                     int *Horizontal, int *Vertical, int *Temporal)
 113 {
 114     long X, Y;
 115     long sLineOffs = 0, dLineOffs = 0;
 116     unsigned int PixelAnt;
 117     unsigned int PixelDst;
 118     unsigned short* FrameAnt=(*FrameAntPtr);
 119
 120     if (!FrameAnt) {
 121         (*FrameAntPtr) = FrameAnt = av_malloc(W*H*sizeof(unsigned short));
 122         for (Y = 0; Y < H; Y++) {
 123             unsigned short* dst=&FrameAnt[Y*W];
 124             unsigned char* src=Frame+Y*sStride;
 125             for (X = 0; X < W; X++) dst[X]=src[X]<<8;
 126         }
 127     }
 128
 129     if (!Horizontal[0] && !Vertical[0]) {
 130         deNoiseTemporal(Frame, FrameDest, FrameAnt,
 131                         W, H, sStride, dStride, Temporal);
 132         return;
 133     }
 134     if (!Temporal[0]) {
 135         deNoiseSpacial(Frame, FrameDest, LineAnt,
 136                        W, H, sStride, dStride, Horizontal, Vertical);
 137         return;
 138     }
 139
 140     /* First pixel has no left nor top neighbor. Only previous frame */
 141     LineAnt[0] = PixelAnt = Frame[0]<<16;
 142     PixelDst = LowPassMul(FrameAnt[0]<<8, PixelAnt, Temporal);
 143     FrameAnt[0] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 144     FrameDest[0]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 145
 146     /* First line has no top neighbor. Only left one for each pixel and
 147      * last frame */
 148     for (X = 1; X < W; X++) {
 149         LineAnt[X] = PixelAnt = LowPassMul(PixelAnt, Frame[X]<<16, Horizontal);
 150         PixelDst = LowPassMul(FrameAnt[X]<<8, PixelAnt, Temporal);
 151         FrameAnt[X] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 152         FrameDest[X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 153     }
 154
 155     for (Y = 1; Y < H; Y++) {
 156         unsigned int PixelAnt;
 157         unsigned short* LinePrev=&FrameAnt[Y*W];
 158         sLineOffs += sStride, dLineOffs += dStride;
 159         /* First pixel on each line doesn't have previous pixel */
 160         PixelAnt = Frame[sLineOffs]<<16;
 161         LineAnt[0] = LowPassMul(LineAnt[0], PixelAnt, Vertical);
 162         PixelDst = LowPassMul(LinePrev[0]<<8, LineAnt[0], Temporal);
 163         LinePrev[0] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 164         FrameDest[dLineOffs]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 165
 166         for (X = 1; X < W; X++) {
 167             unsigned int PixelDst;
 168             /* The rest are normal */
 169             PixelAnt = LowPassMul(PixelAnt, Frame[sLineOffs+X]<<16, Horizontal);
 170             LineAnt[X] = LowPassMul(LineAnt[X], PixelAnt, Vertical);
 171             PixelDst = LowPassMul(LinePrev[X]<<8, LineAnt[X], Temporal);
 172             LinePrev[X] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 173             FrameDest[dLineOffs+X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 174         }
 175     }
 176 }
 177
 178 static void PrecalcCoefs(int *Ct, double Dist25)
 179 {
 180     int i;
 181     double Gamma, Simil, C;
 182
 183     Gamma = log(0.25) / log(1.0 - Dist25/255.0 - 0.00001);
 184
 185     for (i = -255*16; i <= 255*16; i++) {
 186         Simil = 1.0 - FFABS(i) / (16*255.0);
 187         C = pow(Simil, Gamma) * 65536.0 * i / 16.0;
 188         Ct[16*256+i] = lrint(C);
 189     }
 190
 191     Ct[0] = !!Dist25;
 192 }
 193
 194 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 195 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 196 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 197
 198 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
 199 {
 200     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 201     double LumSpac, LumTmp, ChromSpac, ChromTmp;
 202     double Param1, Param2, Param3, Param4;
 203
 204     LumSpac   = PARAM1_DEFAULT;
 205     ChromSpac = PARAM2_DEFAULT;
 206     LumTmp    = PARAM3_DEFAULT;
 207     ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 208
 209     if (args) {
 210         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 211                        &Param1, &Param2, &Param3, &Param4)) {
 212         case 1:
 213             LumSpac   = Param1;
 214             ChromSpac = PARAM2_DEFAULT * Param1 / PARAM1_DEFAULT;
 215             LumTmp    = PARAM3_DEFAULT * Param1 / PARAM1_DEFAULT;
 216             ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 217             break;
 218         case 2:
 219             LumSpac   = Param1;
 220             ChromSpac = Param2;
 221             LumTmp    = PARAM3_DEFAULT * Param1 / PARAM1_DEFAULT;
 222             ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 223             break;
 224         case 3:
 225             LumSpac   = Param1;
 226             ChromSpac = Param2;
 227             LumTmp    = Param3;
 228             ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 229             break;
 230         case 4:
 231             LumSpac   = Param1;
 232             ChromSpac = Param2;
 233             LumTmp    = Param3;
 234             ChromTmp  = Param4;
 235             break;
 236         }
 237     }
 238
 239     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 240            LumSpac, ChromSpac, LumTmp, ChromTmp);
 241     if (LumSpac < 0 || ChromSpac < 0 || isnan(ChromTmp)) {
 242         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 243                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 244                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 245         return AVERROR(EINVAL);
 246     }
 247
 248     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[0], LumSpac);
 249     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[1], LumTmp);
 250     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[2], ChromSpac);
 251     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[3], ChromTmp);
 252
 253     return 0;
 254 }
 255
 256 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 257 {
 258     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 259
 260     av_freep(&hqdn3d->Line);
 261     av_freep(&hqdn3d->Frame[0]);
 262     av_freep(&hqdn3d->Frame[1]);
 263     av_freep(&hqdn3d->Frame[2]);
 264 }
 265
 266 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 267 {
 268     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 269         PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV411P, PIX_FMT_NONE
 270     };
 271
 272     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 273
 274     return 0;
 275 }
 276
 277 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 278 {
 279     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 280
 281     hqdn3d->hsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_w;
 282     hqdn3d->vsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_h;
 283
 284     hqdn3d->Line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->Line));
 285     if (!hqdn3d->Line)
 286         return AVERROR(ENOMEM);
 287
 288     return 0;
 289 }
 290
 291 static void null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir) { }
 292
 293 static void end_frame(AVFilterLink *inlink)
 294 {
 295     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 296     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 297     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 298     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 299     int cw = inpic->video->w >> hqdn3d->hsub;
 300     int ch = inpic->video->h >> hqdn3d->vsub;
 301
 302     deNoise(inpic->data[0], outpic->data[0],
 303             hqdn3d->Line, &hqdn3d->Frame[0], inpic->video->w, inpic->video->h,
 304             inpic->linesize[0], outpic->linesize[0],
 305             hqdn3d->Coefs[0],
 306             hqdn3d->Coefs[0],
 307             hqdn3d->Coefs[1]);
 308     deNoise(inpic->data[1], outpic->data[1],
 309             hqdn3d->Line, &hqdn3d->Frame[1], cw, ch,
 310             inpic->linesize[1], outpic->linesize[1],
 311             hqdn3d->Coefs[2],
 312             hqdn3d->Coefs[2],
 313             hqdn3d->Coefs[3]);
 314     deNoise(inpic->data[2], outpic->data[2],
 315             hqdn3d->Line, &hqdn3d->Frame[2], cw, ch,
 316             inpic->linesize[2], outpic->linesize[2],
 317             hqdn3d->Coefs[2],
 318             hqdn3d->Coefs[2],
 319             hqdn3d->Coefs[3]);
 320
 321     avfilter_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1);
 322     avfilter_end_frame(outlink);
 323     avfilter_unref_buffer(inpic);
 324     avfilter_unref_buffer(outpic);
 325 }
 326
 327 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 328     .name          = "hqdn3d",
 329     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 330
 331     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 332     .init          = init,
 333     .uninit        = uninit,
 334     .query_formats = query_formats,
 335
 336     .inputs    = (AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 337                                     .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 338                                     .draw_slice       = null_draw_slice,
 339                                     .config_props     = config_input,
 340                                     .end_frame        = end_frame },
 341                                   { .name = NULL}},
 342
 343     .outputs   = (AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 344                                     .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO },
 345                                   { .name = NULL}},
 346 };