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 "video.h"
  32
  33 typedef struct {
  34     int Coefs[4][512*16];
  35     unsigned int *Line;
  36     unsigned short *Frame[3];
  37     int hsub, vsub;
  38 } HQDN3DContext;
  39
  40 static inline unsigned int LowPassMul(unsigned int PrevMul, unsigned int CurrMul, int *Coef)
  41 {
  42     //    int dMul= (PrevMul&0xFFFFFF)-(CurrMul&0xFFFFFF);
  43     int dMul= PrevMul-CurrMul;
  44     unsigned int d=((dMul+0x10007FF)>>12);
  45     return CurrMul + Coef[d];
  46 }
  47
  48 static void deNoiseTemporal(unsigned char *FrameSrc,
  49                             unsigned char *FrameDest,
  50                             unsigned short *FrameAnt,
  51                             int W, int H, int sStride, int dStride,
  52                             int *Temporal)
  53 {
  54     long X, Y;
  55     unsigned int PixelDst;
  56
  57     for (Y = 0; Y < H; Y++) {
  58         for (X = 0; X < W; X++) {
  59             PixelDst = LowPassMul(FrameAnt[X]<<8, FrameSrc[X]<<16, Temporal);
  60             FrameAnt[X] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
  61             FrameDest[X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  62         }
  63         FrameSrc  += sStride;
  64         FrameDest += dStride;
  65         FrameAnt += W;
  66     }
  67 }
  68
  69 static void deNoiseSpacial(unsigned char *Frame,
  70                            unsigned char *FrameDest,
  71                            unsigned int *LineAnt,
  72                            int W, int H, int sStride, int dStride,
  73                            int *Horizontal, int *Vertical)
  74 {
  75     long X, Y;
  76     long sLineOffs = 0, dLineOffs = 0;
  77     unsigned int PixelAnt;
  78     unsigned int PixelDst;
  79
  80     /* First pixel has no left nor top neighbor. */
  81     PixelDst = LineAnt[0] = PixelAnt = Frame[0]<<16;
  82     FrameDest[0]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  83
  84     /* First line has no top neighbor, only left. */
  85     for (X = 1; X < W; X++) {
  86         PixelDst = LineAnt[X] = LowPassMul(PixelAnt, Frame[X]<<16, Horizontal);
  87         FrameDest[X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  88     }
  89
  90     for (Y = 1; Y < H; Y++) {
  91         unsigned int PixelAnt;
  92         sLineOffs += sStride, dLineOffs += dStride;
  93         /* First pixel on each line doesn't have previous pixel */
  94         PixelAnt = Frame[sLineOffs]<<16;
  95         PixelDst = LineAnt[0] = LowPassMul(LineAnt[0], PixelAnt, Vertical);
  96         FrameDest[dLineOffs]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
  97
  98         for (X = 1; X < W; X++) {
  99             unsigned int PixelDst;
 100             /* The rest are normal */
 101             PixelAnt = LowPassMul(PixelAnt, Frame[sLineOffs+X]<<16, Horizontal);
 102             PixelDst = LineAnt[X] = LowPassMul(LineAnt[X], PixelAnt, Vertical);
 103             FrameDest[dLineOffs+X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 104         }
 105     }
 106 }
 107
 108 static void deNoise(unsigned char *Frame,
 109                     unsigned char *FrameDest,
 110                     unsigned int *LineAnt,
 111                     unsigned short **FrameAntPtr,
 112                     int W, int H, int sStride, int dStride,
 113                     int *Horizontal, int *Vertical, int *Temporal)
 114 {
 115     long X, Y;
 116     long sLineOffs = 0, dLineOffs = 0;
 117     unsigned int PixelAnt;
 118     unsigned int PixelDst;
 119     unsigned short* FrameAnt=(*FrameAntPtr);
 120
 121     if (!FrameAnt) {
 122         (*FrameAntPtr) = FrameAnt = av_malloc(W*H*sizeof(unsigned short));
 123         for (Y = 0; Y < H; Y++) {
 124             unsigned short* dst=&FrameAnt[Y*W];
 125             unsigned char* src=Frame+Y*sStride;
 126             for (X = 0; X < W; X++) dst[X]=src[X]<<8;
 127         }
 128     }
 129
 130     if (!Horizontal[0] && !Vertical[0]) {
 131         deNoiseTemporal(Frame, FrameDest, FrameAnt,
 132                         W, H, sStride, dStride, Temporal);
 133         return;
 134     }
 135     if (!Temporal[0]) {
 136         deNoiseSpacial(Frame, FrameDest, LineAnt,
 137                        W, H, sStride, dStride, Horizontal, Vertical);
 138         return;
 139     }
 140
 141     /* First pixel has no left nor top neighbor. Only previous frame */
 142     LineAnt[0] = PixelAnt = Frame[0]<<16;
 143     PixelDst = LowPassMul(FrameAnt[0]<<8, PixelAnt, Temporal);
 144     FrameAnt[0] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 145     FrameDest[0]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 146
 147     /* First line has no top neighbor. Only left one for each pixel and
 148      * last frame */
 149     for (X = 1; X < W; X++) {
 150         LineAnt[X] = PixelAnt = LowPassMul(PixelAnt, Frame[X]<<16, Horizontal);
 151         PixelDst = LowPassMul(FrameAnt[X]<<8, PixelAnt, Temporal);
 152         FrameAnt[X] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 153         FrameDest[X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 154     }
 155
 156     for (Y = 1; Y < H; Y++) {
 157         unsigned int PixelAnt;
 158         unsigned short* LinePrev=&FrameAnt[Y*W];
 159         sLineOffs += sStride, dLineOffs += dStride;
 160         /* First pixel on each line doesn't have previous pixel */
 161         PixelAnt = Frame[sLineOffs]<<16;
 162         LineAnt[0] = LowPassMul(LineAnt[0], PixelAnt, Vertical);
 163         PixelDst = LowPassMul(LinePrev[0]<<8, LineAnt[0], Temporal);
 164         LinePrev[0] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 165         FrameDest[dLineOffs]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 166
 167         for (X = 1; X < W; X++) {
 168             unsigned int PixelDst;
 169             /* The rest are normal */
 170             PixelAnt = LowPassMul(PixelAnt, Frame[sLineOffs+X]<<16, Horizontal);
 171             LineAnt[X] = LowPassMul(LineAnt[X], PixelAnt, Vertical);
 172             PixelDst = LowPassMul(LinePrev[X]<<8, LineAnt[X], Temporal);
 173             LinePrev[X] = ((PixelDst+0x1000007F)>>8);
 174             FrameDest[dLineOffs+X]= ((PixelDst+0x10007FFF)>>16);
 175         }
 176     }
 177 }
 178
 179 static void PrecalcCoefs(int *Ct, double Dist25)
 180 {
 181     int i;
 182     double Gamma, Simil, C;
 183
 184     Gamma = log(0.25) / log(1.0 - Dist25/255.0 - 0.00001);
 185
 186     for (i = -255*16; i <= 255*16; i++) {
 187         Simil = 1.0 - FFABS(i) / (16*255.0);
 188         C = pow(Simil, Gamma) * 65536.0 * i / 16.0;
 189         Ct[16*256+i] = lrint(C);
 190     }
 191
 192     Ct[0] = !!Dist25;
 193 }
 194
 195 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 196 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 197 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 198
 199 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
 200 {
 201     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 202     double LumSpac, LumTmp, ChromSpac, ChromTmp;
 203     double Param1, Param2, Param3, Param4;
 204
 205     LumSpac   = PARAM1_DEFAULT;
 206     ChromSpac = PARAM2_DEFAULT;
 207     LumTmp    = PARAM3_DEFAULT;
 208     ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 209
 210     if (args) {
 211         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 212                        &Param1, &Param2, &Param3, &Param4)) {
 213         case 1:
 214             LumSpac   = Param1;
 215             ChromSpac = PARAM2_DEFAULT * Param1 / PARAM1_DEFAULT;
 216             LumTmp    = PARAM3_DEFAULT * Param1 / PARAM1_DEFAULT;
 217             ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 218             break;
 219         case 2:
 220             LumSpac   = Param1;
 221             ChromSpac = Param2;
 222             LumTmp    = PARAM3_DEFAULT * Param1 / PARAM1_DEFAULT;
 223             ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 224             break;
 225         case 3:
 226             LumSpac   = Param1;
 227             ChromSpac = Param2;
 228             LumTmp    = Param3;
 229             ChromTmp  = LumTmp * ChromSpac / LumSpac;
 230             break;
 231         case 4:
 232             LumSpac   = Param1;
 233             ChromSpac = Param2;
 234             LumTmp    = Param3;
 235             ChromTmp  = Param4;
 236             break;
 237         }
 238     }
 239
 240     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 241            LumSpac, ChromSpac, LumTmp, ChromTmp);
 242     if (LumSpac < 0 || ChromSpac < 0 || isnan(ChromTmp)) {
 243         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 244                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 245                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 246         return AVERROR(EINVAL);
 247     }
 248
 249     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[0], LumSpac);
 250     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[1], LumTmp);
 251     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[2], ChromSpac);
 252     PrecalcCoefs(hqdn3d->Coefs[3], ChromTmp);
 253
 254     return 0;
 255 }
 256
 257 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 258 {
 259     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 260
 261     av_freep(&hqdn3d->Line);
 262     av_freep(&hqdn3d->Frame[0]);
 263     av_freep(&hqdn3d->Frame[1]);
 264     av_freep(&hqdn3d->Frame[2]);
 265 }
 266
 267 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 268 {
 269     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 270         PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV411P, PIX_FMT_NONE
 271     };
 272
 273     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 274
 275     return 0;
 276 }
 277
 278 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 279 {
 280     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 281
 282     hqdn3d->hsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_w;
 283     hqdn3d->vsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_h;
 284
 285     hqdn3d->Line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->Line));
 286     if (!hqdn3d->Line)
 287         return AVERROR(ENOMEM);
 288
 289     return 0;
 290 }
 291
 292 static void null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir) { }
 293
 294 static void 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
 303     deNoise(inpic->data[0], outpic->data[0],
 304             hqdn3d->Line, &hqdn3d->Frame[0], inpic->video->w, inpic->video->h,
 305             inpic->linesize[0], outpic->linesize[0],
 306             hqdn3d->Coefs[0],
 307             hqdn3d->Coefs[0],
 308             hqdn3d->Coefs[1]);
 309     deNoise(inpic->data[1], outpic->data[1],
 310             hqdn3d->Line, &hqdn3d->Frame[1], cw, ch,
 311             inpic->linesize[1], outpic->linesize[1],
 312             hqdn3d->Coefs[2],
 313             hqdn3d->Coefs[2],
 314             hqdn3d->Coefs[3]);
 315     deNoise(inpic->data[2], outpic->data[2],
 316             hqdn3d->Line, &hqdn3d->Frame[2], cw, ch,
 317             inpic->linesize[2], outpic->linesize[2],
 318             hqdn3d->Coefs[2],
 319             hqdn3d->Coefs[2],
 320             hqdn3d->Coefs[3]);
 321
 322     ff_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1);
 323     ff_end_frame(outlink);
 324     avfilter_unref_buffer(inpic);
 325     avfilter_unref_buffer(outpic);
 326 }
 327
 328 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 329     .name          = "hqdn3d",
 330     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 331
 332     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 333     .init          = init,
 334     .uninit        = uninit,
 335     .query_formats = query_formats,
 336
 337     .inputs    = (AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 338                                     .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 339                                     .draw_slice       = null_draw_slice,
 340                                     .config_props     = config_input,
 341                                     .end_frame        = end_frame },
 342                                   { .name = NULL}},
 343
 344     .outputs   = (AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 345                                     .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO },
 346                                   { .name = NULL}},
 347 };