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 #include "internal.h"
  32 #include "video.h"
  33
  34 typedef struct {
  35     int coefs[4][512*16];
  36     uint32_t *line;
  37     uint16_t *frame_prev[3];
  38     int hsub, vsub;
  39 } HQDN3DContext;
  40
  41 static inline uint32_t lowpass(unsigned int prev, unsigned int cur, int *coef)
  42 {
  43     int dmul = prev-cur;
  44     unsigned int d = (dmul+0x10007FF)>>12; // 0x1000 to convert to unsigned, 7FF for rounding
  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                              int *temporal)
  52 {
  53     long x, y;
  54     uint32_t pixel;
  55
  56     for (y = 0; y < h; y++) {
  57         for (x = 0; x < w; x++) {
  58             pixel = lowpass(frame_ant[x]<<8, src[x]<<16, temporal);
  59             frame_ant[x] = ((pixel+0x1000007F)>>8);
  60             dst[x]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
  61         }
  62         src += sstride;
  63         dst += dstride;
  64         frame_ant += w;
  65     }
  66 }
  67
  68 static void denoise_spatial(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  69                             uint32_t *line_ant,
  70                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  71                             int *horizontal, int *vertical)
  72 {
  73     long x, y;
  74     long sline_offs = 0, dline_offs = 0;
  75     uint32_t pixel_ant;
  76     uint32_t pixel;
  77
  78     /* First pixel has no left nor top neighbor. */
  79     pixel = line_ant[0] = pixel_ant = src[0]<<16;
  80     dst[0]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
  81
  82     /* First line has no top neighbor, only left. */
  83     for (x = 1; x < w; x++) {
  84         pixel = line_ant[x] = lowpass(pixel_ant, src[x]<<16, horizontal);
  85         dst[x]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
  86     }
  87
  88     for (y = 1; y < h; y++) {
  89         uint32_t pixel_ant;
  90         sline_offs += sstride, dline_offs += dstride;
  91         /* First pixel on each line doesn't have previous pixel */
  92         pixel_ant = src[sline_offs]<<16;
  93         pixel = line_ant[0] = lowpass(line_ant[0], pixel_ant, vertical);
  94         dst[dline_offs]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
  95
  96         for (x = 1; x < w; x++) {
  97             uint32_t pixel;
  98             /* The rest are normal */
  99             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, src[sline_offs+x]<<16, horizontal);
 100             pixel = line_ant[x] = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, vertical);
 101             dst[dline_offs+x]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
 102         }
 103     }
 104 }
 105
 106 static void denoise(uint8_t *src, uint8_t *dst,
 107                     uint32_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 108                     int w, int h, int sstride, int dstride,
 109                     int *horizontal, int *vertical, int *temporal)
 110 {
 111     long x, y;
 112     long sline_offs = 0, dline_offs = 0;
 113     uint32_t pixel_ant;
 114     uint32_t pixel;
 115     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 116
 117     if (!frame_ant) {
 118         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 119         for (y = 0; y < h; y++) {
 120             uint16_t *frame_dst = frame_ant+y*w;
 121             uint8_t *frame_src = src+y*sstride;
 122             for (x = 0; x < w; x++)
 123                 frame_dst[x] = frame_src[x]<<8;
 124         }
 125     }
 126
 127     if (!horizontal[0] && !vertical[0]) {
 128         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 129                          w, h, sstride, dstride, temporal);
 130         return;
 131     }
 132     if (!temporal[0]) {
 133         denoise_spatial(src, dst, line_ant,
 134                         w, h, sstride, dstride, horizontal, vertical);
 135         return;
 136     }
 137
 138     /* First pixel has no left nor top neighbor. Only previous frame */
 139     line_ant[0] = pixel_ant = src[0]<<16;
 140     pixel = lowpass(frame_ant[0]<<8, pixel_ant, temporal);
 141     frame_ant[0] = ((pixel+0x1000007F)>>8);
 142     dst[0]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
 143
 144     /* First line has no top neighbor. Only left one for each pixel and
 145      * last frame */
 146     for (x = 1; x < w; x++) {
 147         line_ant[x] = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, src[x]<<16, horizontal);
 148         pixel = lowpass(frame_ant[x]<<8, pixel_ant, temporal);
 149         frame_ant[x] = ((pixel+0x1000007F)>>8);
 150         dst[x]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
 151     }
 152
 153     for (y = 1; y < h; y++) {
 154         uint32_t pixel_ant;
 155         uint16_t *line_prev = frame_ant+y*w;
 156         sline_offs += sstride, dline_offs += dstride;
 157         /* First pixel on each line doesn't have previous pixel */
 158         pixel_ant = src[sline_offs]<<16;
 159         line_ant[0] = lowpass(line_ant[0], pixel_ant, vertical);
 160         pixel = lowpass(line_prev[0]<<8, line_ant[0], temporal);
 161         line_prev[0] = ((pixel+0x1000007F)>>8);
 162         dst[dline_offs]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
 163
 164         for (x = 1; x < w; x++) {
 165             uint32_t pixel;
 166             /* The rest are normal */
 167             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, src[sline_offs+x]<<16, horizontal);
 168             line_ant[x] = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, vertical);
 169             pixel = lowpass(line_prev[x]<<8, line_ant[x], temporal);
 170             line_prev[x] = ((pixel+0x1000007F)>>8);
 171             dst[dline_offs+x]= ((pixel+0x10007FFF)>>16);
 172         }
 173     }
 174 }
 175
 176 static void precalc_coefs(int *ct, double dist25)
 177 {
 178     int i;
 179     double gamma, simil, C;
 180
 181     gamma = log(0.25) / log(1.0 - dist25/255.0 - 0.00001);
 182
 183     for (i = -255*16; i <= 255*16; i++) {
 184         simil = 1.0 - FFABS(i) / (16*255.0);
 185         C = pow(simil, gamma) * 65536.0 * i / 16.0;
 186         ct[16*256+i] = lrint(C);
 187     }
 188
 189     ct[0] = !!dist25;
 190 }
 191
 192 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 193 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 194 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 195
 196 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 197 {
 198     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 199     double lum_spac, lum_tmp, chrom_spac, chrom_tmp;
 200     double param1, param2, param3, param4;
 201
 202     lum_spac   = PARAM1_DEFAULT;
 203     chrom_spac = PARAM2_DEFAULT;
 204     lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT;
 205     chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 206
 207     if (args) {
 208         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 209                        &param1, &param2, &param3, &param4)) {
 210         case 1:
 211             lum_spac   = param1;
 212             chrom_spac = PARAM2_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 213             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 214             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 215             break;
 216         case 2:
 217             lum_spac   = param1;
 218             chrom_spac = param2;
 219             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 220             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 221             break;
 222         case 3:
 223             lum_spac   = param1;
 224             chrom_spac = param2;
 225             lum_tmp    = param3;
 226             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 227             break;
 228         case 4:
 229             lum_spac   = param1;
 230             chrom_spac = param2;
 231             lum_tmp    = param3;
 232             chrom_tmp  = param4;
 233             break;
 234         }
 235     }
 236
 237     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 238            lum_spac, chrom_spac, lum_tmp, chrom_tmp);
 239     if (lum_spac < 0 || chrom_spac < 0 || isnan(chrom_tmp)) {
 240         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 241                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 242                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 243         return AVERROR(EINVAL);
 244     }
 245
 246     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[0], lum_spac);
 247     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[1], lum_tmp);
 248     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[2], chrom_spac);
 249     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[3], chrom_tmp);
 250
 251     return 0;
 252 }
 253
 254 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 255 {
 256     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 257
 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 PixelFormat pix_fmts[] = {
 267         PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV411P, PIX_FMT_NONE
 268     };
 269
 270     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 271
 272     return 0;
 273 }
 274
 275 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 276 {
 277     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 278
 279     hqdn3d->hsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_w;
 280     hqdn3d->vsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_h;
 281
 282     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 283     if (!hqdn3d->line)
 284         return AVERROR(ENOMEM);
 285
 286     return 0;
 287 }
 288
 289 static int null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir)
 290 {
 291     return 0;
 292 }
 293
 294 static int end_frame(AVFilterLink *inlink)
 295 {
 296     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 297     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 298     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 299     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 300     int cw = inpic->video->w >> hqdn3d->hsub;
 301     int ch = inpic->video->h >> hqdn3d->vsub;
 302     int ret;
 303
 304     denoise(inpic->data[0], outpic->data[0],
 305             hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[0], inpic->video->w, inpic->video->h,
 306             inpic->linesize[0], outpic->linesize[0],
 307             hqdn3d->coefs[0],
 308             hqdn3d->coefs[0],
 309             hqdn3d->coefs[1]);
 310     denoise(inpic->data[1], outpic->data[1],
 311             hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[1], cw, ch,
 312             inpic->linesize[1], outpic->linesize[1],
 313             hqdn3d->coefs[2],
 314             hqdn3d->coefs[2],
 315             hqdn3d->coefs[3]);
 316     denoise(inpic->data[2], outpic->data[2],
 317             hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[2], cw, ch,
 318             inpic->linesize[2], outpic->linesize[2],
 319             hqdn3d->coefs[2],
 320             hqdn3d->coefs[2],
 321             hqdn3d->coefs[3]);
 322
 323     if ((ret = ff_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1)) < 0 ||
 324         (ret = ff_end_frame(outlink)) < 0)
 325         return ret;
 326     return 0;
 327 }
 328
 329 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 330     .name          = "hqdn3d",
 331     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 332
 333     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 334     .init          = init,
 335     .uninit        = uninit,
 336     .query_formats = query_formats,
 337
 338     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 339                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 340                                           .draw_slice       = null_draw_slice,
 341                                           .config_props     = config_input,
 342                                           .end_frame        = end_frame },
 343                                         { .name = NULL}},
 344
 345     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 346                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO },
 347                                         { .name = NULL}},
 348 };