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/pixdesc.h"
  30 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "formats.h"
  33 #include "internal.h"
  34 #include "video.h"
  35
  36 typedef struct {
  37     int16_t coefs[4][512*16];
  38     uint16_t *line;
  39     uint16_t *frame_prev[3];
  40     int hsub, vsub;
  41     int depth;
  42 } HQDN3DContext;
  43
  44 #define RIGHTSHIFT(a,b) (((a)+(((1<<(b))-1)>>1))>>(b))
  45 #define LOAD(x) ((depth==8 ? src[x] : AV_RN16A(src+(x)*2)) << (16-depth))
  46 #define STORE(x,val) (depth==8 ? dst[x] = RIGHTSHIFT(val, 16-depth)\
  47                     : AV_WN16A(dst+(x)*2, RIGHTSHIFT(val, 16-depth)))
  48
  49 static inline uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef)
  50 {
  51     int d = (prev-cur)>>4;
  52     return cur + coef[d];
  53 }
  54
  55 av_always_inline
  56 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  57                              uint16_t *frame_ant,
  58                              int w, int h, int sstride, int dstride,
  59                              int16_t *temporal, int depth)
  60 {
  61     long x, y;
  62     uint32_t tmp;
  63
  64     temporal += 0x1000;
  65
  66     for (y = 0; y < h; y++) {
  67         for (x = 0; x < w; x++) {
  68             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], LOAD(x), temporal);
  69             STORE(x, tmp);
  70         }
  71         src += sstride;
  72         dst += dstride;
  73         frame_ant += w;
  74     }
  75 }
  76
  77 av_always_inline
  78 static void denoise_spatial(uint8_t *src, uint8_t *dst,
  79                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
  80                             int w, int h, int sstride, int dstride,
  81                             int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
  82 {
  83     long x, y;
  84     uint32_t pixel_ant;
  85     uint32_t tmp;
  86
  87     spatial  += 0x1000;
  88     temporal += 0x1000;
  89
  90     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
  91      * last frame */
  92     pixel_ant = LOAD(0);
  93     for (x = 0; x < w; x++) {
  94         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x), spatial);
  95         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
  96         STORE(x, tmp);
  97     }
  98
  99     for (y = 1; y < h; y++) {
 100         src += sstride;
 101         dst += dstride;
 102         frame_ant += w;
 103         pixel_ant = LOAD(0);
 104         for (x = 0; x < w-1; x++) {
 105             line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial);
 106             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x+1), spatial);
 107             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
 108             STORE(x, tmp);
 109         }
 110         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial);
 111         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal);
 112         STORE(x, tmp);
 113     }
 114 }
 115
 116 av_always_inline
 117 static void denoise_depth(uint8_t *src, uint8_t *dst,
 118                           uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
 119                           int w, int h, int sstride, int dstride,
 120                           int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
 121 {
 122     long x, y;
 123     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
 124     if (!frame_ant) {
 125         uint8_t *frame_src = src;
 126         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc(w*h*sizeof(uint16_t));
 127         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
 128             for (x = 0; x < w; x++)
 129                 frame_ant[x] = LOAD(x);
 130         src = frame_src;
 131         frame_ant = *frame_ant_ptr;
 132     }
 133
 134     if (spatial[0])
 135         denoise_spatial(src, dst, line_ant, frame_ant,
 136                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal, depth);
 137     else
 138         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
 139                          w, h, sstride, dstride, temporal, depth);
 140 }
 141
 142 #define denoise(...) \
 143     switch (hqdn3d->depth) {\
 144         case  8: denoise_depth(__VA_ARGS__,  8); break;\
 145         case  9: denoise_depth(__VA_ARGS__,  9); break;\
 146         case 10: denoise_depth(__VA_ARGS__, 10); break;\
 147     }
 148
 149 static void precalc_coefs(int16_t *ct, double dist25)
 150 {
 151     int i;
 152     double gamma, simil, C;
 153
 154     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
 155
 156     for (i = -255*16; i <= 255*16; i++) {
 157         // lowpass() truncates (not rounds) the diff, so +15/32 for the midpoint of the bin.
 158         double f = (i + 15.0/32.0) / 16.0;
 159         simil = 1.0 - FFABS(f) / 255.0;
 160         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
 161         ct[16*256+i] = lrint(C);
 162     }
 163
 164     ct[0] = !!dist25;
 165 }
 166
 167 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
 168 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
 169 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
 170
 171 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 172 {
 173     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 174     double lum_spac, lum_tmp, chrom_spac, chrom_tmp;
 175     double param1, param2, param3, param4;
 176
 177     lum_spac   = PARAM1_DEFAULT;
 178     chrom_spac = PARAM2_DEFAULT;
 179     lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT;
 180     chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 181
 182     if (args) {
 183         switch (sscanf(args, "%lf:%lf:%lf:%lf",
 184                        &param1, &param2, &param3, &param4)) {
 185         case 1:
 186             lum_spac   = param1;
 187             chrom_spac = PARAM2_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 188             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 189             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 190             break;
 191         case 2:
 192             lum_spac   = param1;
 193             chrom_spac = param2;
 194             lum_tmp    = PARAM3_DEFAULT * param1 / PARAM1_DEFAULT;
 195             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 196             break;
 197         case 3:
 198             lum_spac   = param1;
 199             chrom_spac = param2;
 200             lum_tmp    = param3;
 201             chrom_tmp  = lum_tmp * chrom_spac / lum_spac;
 202             break;
 203         case 4:
 204             lum_spac   = param1;
 205             chrom_spac = param2;
 206             lum_tmp    = param3;
 207             chrom_tmp  = param4;
 208             break;
 209         }
 210     }
 211
 212     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%lf cs:%lf lt:%lf ct:%lf\n",
 213            lum_spac, chrom_spac, lum_tmp, chrom_tmp);
 214     if (lum_spac < 0 || chrom_spac < 0 || isnan(chrom_tmp)) {
 215         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 216                "Invalid negative value for luma or chroma spatial strength, "
 217                "or resulting value for chroma temporal strength is nan.\n");
 218         return AVERROR(EINVAL);
 219     }
 220
 221     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[0], lum_spac);
 222     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[1], lum_tmp);
 223     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[2], chrom_spac);
 224     precalc_coefs(hqdn3d->coefs[3], chrom_tmp);
 225
 226     return 0;
 227 }
 228
 229 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
 230 {
 231     HQDN3DContext *hqdn3d = ctx->priv;
 232
 233     av_freep(&hqdn3d->line);
 234     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[0]);
 235     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[1]);
 236     av_freep(&hqdn3d->frame_prev[2]);
 237 }
 238
 239 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 240 {
 241     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 242         PIX_FMT_YUV420P,
 243         PIX_FMT_YUV422P,
 244         PIX_FMT_YUV444P,
 245         PIX_FMT_YUV410P,
 246         PIX_FMT_YUV411P,
 247         PIX_FMT_YUV440P,
 248         PIX_FMT_YUVJ420P,
 249         PIX_FMT_YUVJ422P,
 250         PIX_FMT_YUVJ444P,
 251         PIX_FMT_YUVJ440P,
 252         AV_NE( PIX_FMT_YUV420P9BE, PIX_FMT_YUV420P9LE ),
 253         AV_NE( PIX_FMT_YUV422P9BE, PIX_FMT_YUV422P9LE ),
 254         AV_NE( PIX_FMT_YUV444P9BE, PIX_FMT_YUV444P9LE ),
 255         AV_NE( PIX_FMT_YUV420P10BE, PIX_FMT_YUV420P10LE ),
 256         AV_NE( PIX_FMT_YUV422P10BE, PIX_FMT_YUV422P10LE ),
 257         AV_NE( PIX_FMT_YUV444P10BE, PIX_FMT_YUV444P10LE ),
 258         PIX_FMT_NONE
 259     };
 260
 261     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 262
 263     return 0;
 264 }
 265
 266 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 267 {
 268     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 269
 270     hqdn3d->hsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_w;
 271     hqdn3d->vsub = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].log2_chroma_h;
 272     hqdn3d->depth = av_pix_fmt_descriptors[inlink->format].comp[0].depth_minus1+1;
 273
 274     hqdn3d->line = av_malloc(inlink->w * sizeof(*hqdn3d->line));
 275     if (!hqdn3d->line)
 276         return AVERROR(ENOMEM);
 277
 278     return 0;
 279 }
 280
 281 static int null_draw_slice(AVFilterLink *link, int y, int h, int slice_dir)
 282 {
 283     return 0;
 284 }
 285
 286 static int end_frame(AVFilterLink *inlink)
 287 {
 288     HQDN3DContext *hqdn3d = inlink->dst->priv;
 289     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 290     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 291     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 292     int ret, c;
 293
 294     for (c = 0; c < 3; c++) {
 295         denoise(inpic->data[c], outpic->data[c],
 296                 hqdn3d->line, &hqdn3d->frame_prev[c],
 297                 inpic->video->w >> (!!c * hqdn3d->hsub),
 298                 inpic->video->h >> (!!c * hqdn3d->vsub),
 299                 inpic->linesize[c], outpic->linesize[c],
 300                 hqdn3d->coefs[c?2:0], hqdn3d->coefs[c?3:1]);
 301     }
 302
 303     if ((ret = ff_draw_slice(outlink, 0, inpic->video->h, 1)) < 0 ||
 304         (ret = ff_end_frame(outlink)) < 0)
 305         return ret;
 306     return 0;
 307 }
 308
 309 AVFilter avfilter_vf_hqdn3d = {
 310     .name          = "hqdn3d",
 311     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
 312
 313     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
 314     .init          = init,
 315     .uninit        = uninit,
 316     .query_formats = query_formats,
 317
 318     .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 319                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 320                                           .start_frame      = ff_inplace_start_frame,
 321                                           .draw_slice       = null_draw_slice,
 322                                           .config_props     = config_input,
 323                                           .end_frame        = end_frame },
 324                                         { .name = NULL}},
 325
 326     .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name             = "default",
 327                                           .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO },
 328                                         { .name = NULL}},
 329 };