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/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][512*16];
  39     uint16_t *line;
  40     uint16_t *frame_prev[3];
  41     int hsub, vsub;
  42     int depth;
  43 } HQDN3DContext;
  44
  45 #define RIGHTSHIFT(a,b) (((a)+(((1<<(b))-1)>>1))>>(b))
  46 #define LOAD(x) ((depth==8 ? src[x] : AV_RN16A(src+(x)*2)) << (16-depth))
  47 #define STORE(x,val) (depth==8 ? dst[x] = RIGHTSHIFT(val, 16-depth)\
  48                     : AV_WN16A(dst+(x)*2, RIGHTSHIFT(val, 16-depth)))
  49
  50 static inline uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef)
  51 {
  52     int d = (prev-cur)>>4;
  53     return cur + coef[d];
  54 }
  55
  56 av_always_inline
  57 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  58                              uint16_t *frame_ant,
  59                              int w, int h, int sstride, int dstride,
  60                              int16_t *temporal, int depth)
  61 {
  62     long x, y;
  63     uint32_t tmp;
  64
  65     temporal += 0x1000;
  66
  67     for (y = 0; y < h; y++) {
  68         for (x = 0; x < w; x++) {
  69             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], LOAD(x), temporal);
  70             STORE(x, tmp);
  71         }
  72         src += sstride;
  73         dst += dstride;
  74         frame_ant += w;
  75     }
  76 }
  77
  78 av_always_inline
  79 static void denoise_spatial(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  80                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
  81                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  82                             int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
  83 {
  84     long x, y;
  85     uint32_t pixel_ant;
  86     uint32_t tmp;
  87
  88     spatial  += 0x1000;
  89     temporal += 0x1000;
  90
  91     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
  92      * last frame */
  93     pixel_ant = LOAD(0);
  94     for (x = 0; x < w; x++) {
  95         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x), spatial);
  96         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
  97         STORE(x, tmp);
  98     }
  99
 100     for (y = 1; y < h; y++) {
 101         src += sstride;
 102         dst += dstride;
 103         frame_ant += w;
 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);
 107             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x+1), spatial);
 108             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
 109             STORE(x, tmp);
 110         }
 111         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial);
 112         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
 113         STORE(x, tmp);
 114     }
 115 }
 116
 117 av_always_inline
 118 static void denoise_depth(uint8_t *src, uint8_t *dst,
 119                           uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 120                           int w, int h, int sstride, int dstride,
 121                           int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
 122 {
 123     long x, y;
 124     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 125     if (!frame_ant) {
 126         uint8_t *frame_src = src;
 127         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 128         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
 129             for (x = 0; x < w; x++)
 130                 frame_ant[x] = LOAD(x);
 131         src = frame_src;
 132         frame_ant = *frame_ant_ptr;
 133     }
 134
 135     if (spatial[0])
 136         denoise_spatial(src, dst, line_ant, frame_ant,
 137                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal, depth);
 138     else
 139         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 140                          w, h, sstride, dstride, temporal, depth);
 141 }
 142
 143 #define denoise(...) \
 144     switch (hqdn3d->depth) {\
 145         case  8: denoise_depth(__VA_ARGS__,  8); break;\
 146         case  9: denoise_depth(__VA_ARGS__,  9); break;\
 147         case 10: denoise_depth(__VA_ARGS__, 10); break;\
 148     }
 149
 150 static void precalc_coefs(int16_t *ct, double dist25)
 151 {
 152     int i;
 153     double gamma, simil, C;
 154
 155     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
 156
 157     for (i = -255*16; i <= 255*16; i++) {
 158         // lowpass() truncates (not rounds) the diff, so +15/32 for the midpoint of the bin.
 159         double f = (i + 15.0/32.0) / 16.0;
 160         simil = 1.0 - FFABS(f) / 255.0;
 161         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
 162         ct[16*256+i] = lrint(C);
 163     }
 164
 165     ct[0] = !!dist25;
 166 }
 167
 168 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 169 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 170 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 171
 172 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 173 {
 174     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 175     double lum_spac, lum_tmp, chrom_spac, chrom_tmp;
 176     double param1, param2, param3, param4;
 177
 178     lum_spac   = PARAM1_DEFAULT;
 179     chrom_spac = PARAM2_DEFAULT;
 180     lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT;
 181     chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 182
 183     if (args) {
 184         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 185                        &param1, &param2, &param3, &param4)) {
 186         case 1:
 187             lum_spac   = param1;
 188             chrom_spac = PARAM2_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 189             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 190             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 191             break;
 192         case 2:
 193             lum_spac   = param1;
 194             chrom_spac = param2;
 195             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 196             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 197             break;
 198         case 3:
 199             lum_spac   = param1;
 200             chrom_spac = param2;
 201             lum_tmp    = param3;
 202             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 203             break;
 204         case 4:
 205             lum_spac   = param1;
 206             chrom_spac = param2;
 207             lum_tmp    = param3;
 208             chrom_tmp  = param4;
 209             break;
 210         }
 211     }
 212
 213     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 214            lum_spac, chrom_spac, lum_tmp, chrom_tmp);
 215     if (lum_spac < 0 || chrom_spac < 0 || isnan(chrom_tmp)) {
 216         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 217                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 218                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 219         return AVERROR(EINVAL);
 220     }
 221
 222     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[0], lum_spac);
 223     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[1], lum_tmp);
 224     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[2], chrom_spac);
 225     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[3], chrom_tmp);
 226
 227     return 0;
 228 }
 229
 230 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 231 {
 232     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 233
 234     av_freep(&hqdn3d->line);
 235     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[0]);
 236     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[1]);
 237     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[2]);
 238 }
 239
 240 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 241 {
 242     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 243         PIX_FMT_YUV420P,
 244         PIX_FMT_YUV422P,
 245         PIX_FMT_YUV444P,
 246         PIX_FMT_YUV410P,
 247         PIX_FMT_YUV411P,
 248         PIX_FMT_YUV440P,
 249         PIX_FMT_YUVJ420P,
 250         PIX_FMT_YUVJ422P,
 251         PIX_FMT_YUVJ444P,
 252         PIX_FMT_YUVJ440P,
 253         AV_NE( PIX_FMT_YUV420P9BE, PIX_FMT_YUV420P9LE ),
 254         AV_NE( PIX_FMT_YUV422P9BE, PIX_FMT_YUV422P9LE ),
 255         AV_NE( PIX_FMT_YUV444P9BE, PIX_FMT_YUV444P9LE ),
 256         AV_NE( PIX_FMT_YUV420P10BE, PIX_FMT_YUV420P10LE ),
 257         AV_NE( PIX_FMT_YUV422P10BE, PIX_FMT_YUV422P10LE ),
 258         AV_NE( PIX_FMT_YUV444P10BE, PIX_FMT_YUV444P10LE ),
 259         PIX_FMT_NONE
 260     };
 261
 262     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 263
 264     return 0;
 265 }
 266
 267 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 268 {
 269     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 270
 271     hqdn3d->hsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_w;
 272     hqdn3d->vsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_h;
 273     hqdn3d->depth = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].comp[0].depth_minus1+1;
 274
 275     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 276     if (!hqdn3d->line)
 277         return AVERROR(ENOMEM);
 278
 279     return 0;
 280 }
 281
 282 static int null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir)
 283 {
 284     return 0;
 285 }
 286
 287 static int end_frame(AVFilterLink *inlink)
 288 {
 289     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 290     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 291     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 292     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 293     int ret, c;
 294
 295     for (c = 0; c < 3; c++) {
 296         denoise(inpic->data[c], outpic->data[c],
 297                 hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[c],
 298                 inpic->video->w >> (!!c * hqdn3d->hsub),
 299                 inpic->video->h >> (!!c * hqdn3d->vsub),
 300                 inpic->linesize[c], outpic->linesize[c],
 301                 hqdn3d->coefs[c?2:0], hqdn3d->coefs[c?3:1]);
 302     }
 303
 304     if ((ret = ff_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1)) < 0 ||
 305         (ret = ff_end_frame(outlink)) < 0)
 306         return ret;
 307     return 0;
 308 }
 309
 310 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 311     .name          = "hqdn3d",
 312     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 313
 314     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 315     .init          = init,
 316     .uninit        = uninit,
 317     .query_formats = query_formats,
 318
 319     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 320                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 321                                           .start_frame      = ff_inplace_start_frame,
 322                                           .draw_slice       = null_draw_slice,
 323                                           .config_props     = config_input,
 324                                           .end_frame        = end_frame },
 325                                         { .name = NULL}},
 326
 327     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 328                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO },
 329                                         { .name = NULL}},
 330 };