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 <float.h>
  30
  31 #include "config.h"
  32 #include "libavutil/attributes.h"
  33 #include "libavutil/common.h"
  34 #include "libavutil/pixdesc.h"
  35 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  36 #include "libavutil/opt.h"
  37
  38 #include "avfilter.h"
  39 #include "formats.h"
  40 #include "internal.h"
  41 #include "video.h"
  42 #include "vf_hqdn3d.h"
  43
  44 #define LUT_BITS (depth==16 ? 8 : 4)
  45 #define LOAD(x) (((depth == 8 ? src[x] : AV_RN16A(src + (x) * 2)) << (16 - depth))\
  46                  + (((1 << (16 - depth)) - 1) >> 1))
  47 #define STORE(x,val) (depth == 8 ? dst[x] = (val) >> (16 - depth) : \
  48                                    AV_WN16A(dst + (x) * 2, (val) >> (16 - depth)))
  49
  50 av_always_inline
  51 static uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef, int depth)
  52 {
  53     int d = (prev - cur) >> (8 - LUT_BITS);
  54     return cur + coef[d];
  55 }
  56
  57 av_always_inline
  58 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  59                              uint16_t *frame_ant,
  60                              int w, int h, int sstride, int dstride,
  61                              int16_t *temporal, int depth)
  62 {
  63     long x, y;
  64     uint32_t tmp;
  65
  66     temporal += 256 << LUT_BITS;
  67
  68     for (y = 0; y < h; y++) {
  69         for (x = 0; x < w; x++) {
  70             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], LOAD(x), temporal, depth);
  71             STORE(x, tmp);
  72         }
  73         src += sstride;
  74         dst += dstride;
  75         frame_ant += w;
  76     }
  77 }
  78
  79 av_always_inline
  80 static void denoise_spatial(HQDN3DContext *hqdn3d,
  81                             uint8_t *src, uint8_t *dst,
  82                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
  83                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  84                             int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
  85 {
  86     long x, y;
  87     uint32_t pixel_ant;
  88     uint32_t tmp;
  89
  90     spatial  += 256 << LUT_BITS;
  91     temporal += 256 << LUT_BITS;
  92
  93     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
  94      * last frame */
  95     pixel_ant = LOAD(0);
  96     for (x = 0; x < w; x++) {
  97         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x), spatial, depth);
  98         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
  99         STORE(x, tmp);
 100     }
 101
 102     for (y = 1; y < h; y++) {
 103         src += sstride;
 104         dst += dstride;
 105         frame_ant += w;
 106         if (hqdn3d->denoise_row[depth]) {
 107             hqdn3d->denoise_row[depth](src, dst, line_ant, frame_ant, w, spatial, temporal);
 108             continue;
 109         }
 110         pixel_ant = LOAD(0);
 111         for (x = 0; x < w-1; x++) {
 112             line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
 113             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x+1), spatial, depth);
 114             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 115             STORE(x, tmp);
 116         }
 117         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
 118         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
 119         STORE(x, tmp);
 120     }
 121 }
 122
 123 av_always_inline
 124 static void denoise_depth(HQDN3DContext *hqdn3d,
 125                           uint8_t *src, uint8_t *dst,
 126                           uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 127                           int w, int h, int sstride, int dstride,
 128                           int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
 129 {
 130     // FIXME: For 16bit depth, frame_ant could be a pointer to the previous
 131     // filtered frame rather than a separate buffer.
 132     long x, y;
 133     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 134     if (!frame_ant) {
 135         uint8_t *frame_src = src;
 136         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 137         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
 138             for (x = 0; x < w; x++)
 139                 frame_ant[x] = LOAD(x);
 140         src = frame_src;
 141         frame_ant = *frame_ant_ptr;
 142     }
 143
 144     if (spatial[0])
 145         denoise_spatial(hqdn3d, src, dst, line_ant, frame_ant,
 146                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal, depth);
 147     else
 148         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 149                          w, h, sstride, dstride, temporal, depth);
 150 }
 151
 152 #define denoise(...) \
 153     switch (hqdn3d->depth) {\
 154         case  8: denoise_depth(__VA_ARGS__,  8); break;\
 155         case  9: denoise_depth(__VA_ARGS__,  9); break;\
 156         case 10: denoise_depth(__VA_ARGS__, 10); break;\
 157         case 16: denoise_depth(__VA_ARGS__, 16); break;\
 158     }
 159
 160 static int16_t *precalc_coefs(double dist25, int depth)
 161 {
 162     int i;
 163     double gamma, simil, C;
 164     int16_t *ct = av_malloc((512<<LUT_BITS)*sizeof(int16_t));
 165     if (!ct)
 166         return NULL;
 167
 168     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
 169
 170     for (i = -255<<LUT_BITS; i <= 255<<LUT_BITS; i++) {
 171         double f = ((i<<(9-LUT_BITS)) + (1<<(8-LUT_BITS)) - 1) / 512.0; // midpoint of the bin
 172         simil = 1.0 - FFABS(f) / 255.0;
 173         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
 174         ct[(256<<LUT_BITS)+i] = lrint(C);
 175     }
 176
 177     ct[0] = !!dist25;
 178     return ct;
 179 }
 180
 181 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 182 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 183 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 184
 185 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 186 {
 187     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 188
 189     if (!hqdn3d->strength[LUMA_SPATIAL])
 190         hqdn3d->strength[LUMA_SPATIAL] = PARAM1_DEFAULT;
 191     if (!hqdn3d->strength[CHROMA_SPATIAL])
 192         hqdn3d->strength[CHROMA_SPATIAL] = PARAM2_DEFAULT * hqdn3d->strength[LUMA_SPATIAL] / PARAM1_DEFAULT;
 193     if (!hqdn3d->strength[LUMA_TMP])
 194         hqdn3d->strength[LUMA_TMP]   = PARAM3_DEFAULT * hqdn3d->strength[LUMA_SPATIAL] / PARAM1_DEFAULT;
 195     if (!hqdn3d->strength[CHROMA_TMP])
 196         hqdn3d->strength[CHROMA_TMP] = hqdn3d->strength[LUMA_TMP] * hqdn3d->strength[CHROMA_SPATIAL] / hqdn3d->strength[LUMA_SPATIAL];
 197
 198     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%f cs:%f lt:%f ct:%f\n",
 199            hqdn3d->strength[LUMA_SPATIAL], hqdn3d->strength[CHROMA_SPATIAL],
 200            hqdn3d->strength[LUMA_TMP], hqdn3d->strength[CHROMA_TMP]);
 201
 202     return 0;
 203 }
 204
 205 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 206 {
 207     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 208
 209     av_freep(&hqdn3d->coefs[0]);
 210     av_freep(&hqdn3d->coefs[1]);
 211     av_freep(&hqdn3d->coefs[2]);
 212     av_freep(&hqdn3d->coefs[3]);
 213     av_freep(&hqdn3d->line);
 214     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[0]);
 215     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[1]);
 216     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[2]);
 217 }
 218
 219 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 220 {
 221     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 222         AV_PIX_FMT_YUV420P,
 223         AV_PIX_FMT_YUV422P,
 224         AV_PIX_FMT_YUV444P,
 225         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 226         AV_PIX_FMT_YUV411P,
 227         AV_PIX_FMT_YUV440P,
 228         AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 229         AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 230         AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 231         AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 232         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P9BE, AV_PIX_FMT_YUV420P9LE ),
 233         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P9BE, AV_PIX_FMT_YUV422P9LE ),
 234         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P9BE, AV_PIX_FMT_YUV444P9LE ),
 235         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P10BE, AV_PIX_FMT_YUV420P10LE ),
 236         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P10BE, AV_PIX_FMT_YUV422P10LE ),
 237         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P10BE, AV_PIX_FMT_YUV444P10LE ),
 238         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV420P16BE, AV_PIX_FMT_YUV420P16LE ),
 239         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV422P16BE, AV_PIX_FMT_YUV422P16LE ),
 240         AV_NE( AV_PIX_FMT_YUV444P16BE, AV_PIX_FMT_YUV444P16LE ),
 241         AV_PIX_FMT_NONE
 242     };
 243
 244     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 245
 246     return 0;
 247 }
 248
 249 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 250 {
 251     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 252     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 253     int i;
 254
 255     hqdn3d->hsub  = desc->log2_chroma_w;
 256     hqdn3d->vsub  = desc->log2_chroma_h;
 257     hqdn3d->depth = desc->comp[0].depth_minus1+1;
 258
 259     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 260     if (!hqdn3d->line)
 261         return AVERROR(ENOMEM);
 262
 263     for (i = 0; i < 4; i++) {
 264         hqdn3d->coefs[i] = precalc_coefs(hqdn3d->strength[i], hqdn3d->depth);
 265         if (!hqdn3d->coefs[i])
 266             return AVERROR(ENOMEM);
 267     }
 268
 269     if (ARCH_X86)
 270         ff_hqdn3d_init_x86(hqdn3d);
 271
 272     return 0;
 273 }
 274
 275 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 276 {
 277     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 278     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 279     AVFrame *out;
 280     int direct, c;
 281
 282     if (av_frame_is_writable(in)) {
 283         direct = 1;
 284         out = in;
 285     } else {
 286         direct = 0;
 287         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 288         if (!out) {
 289             av_frame_free(&in);
 290             return AVERROR(ENOMEM);
 291         }
 292
 293         av_frame_copy_props(out, in);
 294         out->width  = outlink->w;
 295         out->height = outlink->h;
 296     }
 297
 298     for (c = 0; c < 3; c++) {
 299         denoise(hqdn3d, in->data[c], out->data[c],
 300                 hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[c],
 301                 in->width  >> (!!c * hqdn3d->hsub),
 302                 in->height >> (!!c * hqdn3d->vsub),
 303                 in->linesize[c], out->linesize[c],
 304                 hqdn3d->coefs[c?2:0], hqdn3d->coefs[c?3:1]);
 305     }
 306
 307     if (!direct)
 308         av_frame_free(&in);
 309
 310     return ff_filter_frame(outlink, out);
 311 }
 312
 313 #define OFFSET(x) offsetof(HQDN3DContext, x)
 314 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
 315 static const AVOption options[] = {
 316     { "luma_spatial",   "spatial luma strength",    OFFSET(strength[LUMA_SPATIAL]),   AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
 317     { "chroma_spatial", "spatial chroma strength",  OFFSET(strength[CHROMA_SPATIAL]), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
 318     { "luma_tmp",       "temporal luma strength",   OFFSET(strength[LUMA_TMP]),       AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
 319     { "chroma_tmp",     "temporal chroma strength", OFFSET(strength[CHROMA_TMP]),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
 320     { NULL },
 321 };
 322
 323 static const AVClass hqdn3d_class = {
 324     .class_name = "hqdn3d",
 325     .item_name  = av_default_item_name,
 326     .option     = options,
 327     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 328 };
 329
 330 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_inputs[] = {
 331     {
 332         .name         = "default",
 333         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 334         .config_props = config_input,
 335         .filter_frame = filter_frame,
 336     },
 337     { NULL }
 338 };
 339
 340 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_outputs[] = {
 341     {
 342         .name = "default",
 343         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO
 344     },
 345     { NULL }
 346 };
 347
 348 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 349     .name          = "hqdn3d",
 350     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 351
 352     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 353     .priv_class    = &hqdn3d_class,
 354     .init          = init,
 355     .uninit        = uninit,
 356     .query_formats = query_formats,
 357
 358     .inputs    = avfilter_vf_hqdn3d_inputs,
 359
 360     .outputs   = avfilter_vf_hqdn3d_outputs,
 361 };