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 "libavutil/common.h"
  30 #include "libavutil/pixdesc.h"
  31 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  32 #include "avfilter.h"
  33 #include "formats.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "video.h"
  36
  37 typedef struct {
  38     int16_t *coefs[4];
  39     uint16_t *line;
  40     uint16_t *frame_prev[3];
  41     double strength[4];
  42     int hsub, vsub;
  43     int depth;
  44     void (*denoise_row[17])(uint8_t *src, uint8_t *dst, uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant, ptrdiff_t w, int16_t *spatial, int16_t *temporal);
  45 } HQDN3DContext;
  46
  47 void ff_hqdn3d_row_8_x86(uint8_t *src, uint8_t *dst, uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant, ptrdiff_t w, int16_t *spatial, int16_t *temporal);
  48 void ff_hqdn3d_row_9_x86(uint8_t *src, uint8_t *dst, uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant, ptrdiff_t w, int16_t *spatial, int16_t *temporal);
  49 void ff_hqdn3d_row_10_x86(uint8_t *src, uint8_t *dst, uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant, ptrdiff_t w, int16_t *spatial, int16_t *temporal);
  50 void ff_hqdn3d_row_16_x86(uint8_t *src, uint8_t *dst, uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant, ptrdiff_t w, int16_t *spatial, int16_t *temporal);
  51
  52 #define LUT_BITS (depth==16 ? 8 : 4)
  53 #define LOAD(x) (((depth==8 ? src[x] : AV_RN16A(src+(x)*2)) << (16-depth)) + (((1<<(16-depth))-1)>>1))
  54 #define STORE(x,val) (depth==8 ? dst[x] = (val) >> (16-depth)\
  55                     : AV_WN16A(dst+(x)*2, (val) >> (16-depth)))
  56
  57 av_always_inline
  58 static uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef, int depth)
  59 {
  60     int d = (prev - cur) >> (8 - LUT_BITS);
  61     return cur + coef[d];
  62 }
  63
  64 av_always_inline
  65 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  66                              uint16_t *frame_ant,
  67                              int w, int h, int sstride, int dstride,
  68                              int16_t *temporal, int depth)
  69 {
  70     long x, y;
  71     uint32_t tmp;
  72
  73     temporal += 256 << LUT_BITS;
  74
  75     for (y = 0; y < h; y++) {
  76         for (x = 0; x < w; x++) {
  77             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], LOAD(x), temporal, depth);
  78             STORE(x, tmp);
  79         }
  80         src += sstride;
  81         dst += dstride;
  82         frame_ant += w;
  83     }
  84 }
  85
  86 av_always_inline
  87 static void denoise_spatial(HQDN3DContext *hqdn3d,
  88                             uint8_t *src, uint8_t *dst,
  89                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
  90                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  91                             int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
  92 {
  93     long x, y;
  94     uint32_t pixel_ant;
  95     uint32_t tmp;
  96
  97     spatial  += 256 << LUT_BITS;
  98     temporal += 256 << LUT_BITS;
  99
 100     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
 101      * last frame */
 102     pixel_ant = LOAD(0);
 103     for (x = 0; x < w; x++) {
 104         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x), spatial, depth);
 105         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 106         STORE(x, tmp);
 107     }
 108
 109     for (y = 1; y < h; y++) {
 110         src += sstride;
 111         dst += dstride;
 112         frame_ant += w;
 113         if (hqdn3d->denoise_row[depth]) {
 114             hqdn3d->denoise_row[depth](src, dst, line_ant, frame_ant, w, spatial, temporal);
 115             continue;
 116         }
 117         pixel_ant = LOAD(0);
 118         for (x = 0; x < w-1; x++) {
 119             line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
 120             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x+1), spatial, depth);
 121             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 122             STORE(x, tmp);
 123         }
 124         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
 125         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 126         STORE(x, tmp);
 127     }
 128 }
 129
 130 av_always_inline
 131 static void denoise_depth(HQDN3DContext *hqdn3d,
 132                           uint8_t *src, uint8_t *dst,
 133                           uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 134                           int w, int h, int sstride, int dstride,
 135                           int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
 136 {
 137     // FIXME: For 16bit depth, frame_ant could be a pointer to the previous
 138     // filtered frame rather than a separate buffer.
 139     long x, y;
 140     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 141     if (!frame_ant) {
 142         uint8_t *frame_src = src;
 143         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 144         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
 145             for (x = 0; x < w; x++)
 146                 frame_ant[x] = LOAD(x);
 147         src = frame_src;
 148         frame_ant = *frame_ant_ptr;
 149     }
 150
 151     if (spatial[0])
 152         denoise_spatial(hqdn3d, src, dst, line_ant, frame_ant,
 153                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal, depth);
 154     else
 155         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 156                          w, h, sstride, dstride, temporal, depth);
 157 }
 158
 159 #define denoise(...) \
 160     switch (hqdn3d->depth) {\
 161         case  8: denoise_depth(__VA_ARGS__,  8); break;\
 162         case  9: denoise_depth(__VA_ARGS__,  9); break;\
 163         case 10: denoise_depth(__VA_ARGS__, 10); break;\
 164         case 16: denoise_depth(__VA_ARGS__, 16); break;\
 165     }
 166
 167 static int16_t *precalc_coefs(double dist25, int depth)
 168 {
 169     int i;
 170     double gamma, simil, C;
 171     int16_t *ct = av_malloc((512<<LUT_BITS)*sizeof(int16_t));
 172     if (!ct)
 173         return NULL;
 174
 175     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
 176
 177     for (i = -255<<LUT_BITS; i <= 255<<LUT_BITS; i++) {
 178         double f = ((i<<(9-LUT_BITS)) + (1<<(8-LUT_BITS)) - 1) / 512.0; // midpoint of the bin
 179         simil = 1.0 - FFABS(f) / 255.0;
 180         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
 181         ct[(256<<LUT_BITS)+i] = lrint(C);
 182     }
 183
 184     ct[0] = !!dist25;
 185     return ct;
 186 }
 187
 188 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 189 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 190 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 191
 192 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 193 {
 194     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 195     double lum_spac, lum_tmp, chrom_spac, chrom_tmp;
 196     double param1, param2, param3, param4;
 197
 198     lum_spac   = PARAM1_DEFAULT;
 199     chrom_spac = PARAM2_DEFAULT;
 200     lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT;
 201     chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 202
 203     if (args) {
 204         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 205                        &param1, &param2, &param3, &param4)) {
 206         case 1:
 207             lum_spac   = param1;
 208             chrom_spac = PARAM2_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 209             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 210             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 211             break;
 212         case 2:
 213             lum_spac   = param1;
 214             chrom_spac = param2;
 215             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 216             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 217             break;
 218         case 3:
 219             lum_spac   = param1;
 220             chrom_spac = param2;
 221             lum_tmp    = param3;
 222             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 223             break;
 224         case 4:
 225             lum_spac   = param1;
 226             chrom_spac = param2;
 227             lum_tmp    = param3;
 228             chrom_tmp  = param4;
 229             break;
 230         }
 231     }
 232
 233     hqdn3d->strength[0] = lum_spac;
 234     hqdn3d->strength[1] = lum_tmp;
 235     hqdn3d->strength[2] = chrom_spac;
 236     hqdn3d->strength[3] = chrom_tmp;
 237
 238     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 239            lum_spac, chrom_spac, lum_tmp, chrom_tmp);
 240     if (lum_spac < 0 || chrom_spac < 0 || isnan(chrom_tmp)) {
 241         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 242                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 243                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 244         return AVERROR(EINVAL);
 245     }
 246
 247     return 0;
 248 }
 249
 250 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 251 {
 252     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 253
 254     av_freep(&hqdn3d->coefs[0]);
 255     av_freep(&hqdn3d->coefs[1]);
 256     av_freep(&hqdn3d->coefs[2]);
 257     av_freep(&hqdn3d->coefs[3]);
 258     av_freep(&hqdn3d->line);
 259     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[0]);
 260     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[1]);
 261     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[2]);
 262 }
 263
 264 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 265 {
 266     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 267         AV_PIX_FMT_YUV420P,
 268         AV_PIX_FMT_YUV422P,
 269         AV_PIX_FMT_YUV444P,
 270         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 271         AV_PIX_FMT_YUV411P,
 272         AV_PIX_FMT_YUV440P,
 273         AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 274         AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 275         AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 276         AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 277         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P9BE, AV_PIX_FMT_YUV420P9LE ),
 278         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P9BE, AV_PIX_FMT_YUV422P9LE ),
 279         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P9BE, AV_PIX_FMT_YUV444P9LE ),
 280         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P10BE, AV_PIX_FMT_YUV420P10LE ),
 281         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P10BE, AV_PIX_FMT_YUV422P10LE ),
 282         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P10BE, AV_PIX_FMT_YUV444P10LE ),
 283         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P16BE, AV_PIX_FMT_YUV420P16LE ),
 284         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P16BE, AV_PIX_FMT_YUV422P16LE ),
 285         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P16BE, AV_PIX_FMT_YUV444P16LE ),
 286         AV_PIX_FMT_NONE
 287     };
 288
 289     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 290
 291     return 0;
 292 }
 293
 294 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 295 {
 296     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 297     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 298     int i;
 299
 300     hqdn3d->hsub  = desc->log2_chroma_w;
 301     hqdn3d->vsub  = desc->log2_chroma_h;
 302     hqdn3d->depth = desc->comp[0].depth_minus1+1;
 303
 304     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 305     if (!hqdn3d->line)
 306         return AVERROR(ENOMEM);
 307
 308     for (i = 0; i < 4; i++) {
 309         hqdn3d->coefs[i] = precalc_coefs(hqdn3d->strength[i], hqdn3d->depth);
 310         if (!hqdn3d->coefs[i])
 311             return AVERROR(ENOMEM);
 312     }
 313
 314 #if HAVE_YASM
 315     hqdn3d->denoise_row[ 8] = ff_hqdn3d_row_8_x86;
 316     hqdn3d->denoise_row[ 9] = ff_hqdn3d_row_9_x86;
 317     hqdn3d->denoise_row[10] = ff_hqdn3d_row_10_x86;
 318     hqdn3d->denoise_row[16] = ff_hqdn3d_row_16_x86;
 319 #endif
 320
 321     return 0;
 322 }
 323
 324 static int null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir)
 325 {
 326     return 0;
 327 }
 328
 329 static int end_frame(AVFilterLink *inlink)
 330 {
 331     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 332     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 333     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 334     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 335     int ret, c;
 336
 337     for (c = 0; c < 3; c++) {
 338         denoise(hqdn3d, inpic->data[c], outpic->data[c],
 339                 hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[c],
 340                 inpic->video->w >> (!!c * hqdn3d->hsub),
 341                 inpic->video->h >> (!!c * hqdn3d->vsub),
 342                 inpic->linesize[c], outpic->linesize[c],
 343                 hqdn3d->coefs[c?2:0], hqdn3d->coefs[c?3:1]);
 344     }
 345
 346     if ((ret = ff_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1)) < 0 ||
 347         (ret = ff_end_frame(outlink)) < 0)
 348         return ret;
 349     return 0;
 350 }
 351
 352 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_inputs[] = {
 353     {
 354         .name         = "default",
 355         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 356         .start_frame  = ff_inplace_start_frame,
 357         .draw_slice   = null_draw_slice,
 358         .config_props = config_input,
 359         .end_frame    = end_frame
 360     },
 361     { NULL }
 362 };
 363
 364 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_outputs[] = {
 365     {
 366         .name = "default",
 367         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO
 368     },
 369     { NULL }
 370 };
 371
 372 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 373     .name          = "hqdn3d",
 374     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 375
 376     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 377     .init          = init,
 378     .uninit        = uninit,
 379     .query_formats = query_formats,
 380
 381     .inputs    = avfilter_vf_hqdn3d_inputs,
 382
 383     .outputs   = avfilter_vf_hqdn3d_outputs,
 384 };