git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/vf_hue.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer
   3  * Copyright (c) 2012 Jeremy Tran
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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  * Apply a hue/saturation filter to the input video
  25  * Ported from MPlayer libmpcodecs/vf_hue.c.
  26  */
  27
  28 #include <float.h>
  29 #include "libavutil/eval.h"
  30 #include "libavutil/imgutils.h"
  31 #include "libavutil/opt.h"
  32 #include "libavutil/pixdesc.h"
  33
  34 #include "avfilter.h"
  35 #include "formats.h"
  36 #include "internal.h"
  37 #include "video.h"
  38
  39 #define HUE_DEFAULT_VAL 0
  40 #define SAT_DEFAULT_VAL 1
  41
  42 #define HUE_DEFAULT_VAL_STRING AV_STRINGIFY(HUE_DEFAULT_VAL)
  43 #define SAT_DEFAULT_VAL_STRING AV_STRINGIFY(SAT_DEFAULT_VAL)
  44
  45 #define SAT_MIN_VAL -10
  46 #define SAT_MAX_VAL 10
  47
  48 static const char *const var_names[] = {
  49     "n",   // frame count
  50     "pts", // presentation timestamp expressed in AV_TIME_BASE units
  51     "r",   // frame rate
  52     "t",   // timestamp expressed in seconds
  53     "tb",  // timebase
  54     NULL
  55 };
  56
  57 enum var_name {
  58     VAR_N,
  59     VAR_PTS,
  60     VAR_R,
  61     VAR_T,
  62     VAR_TB,
  63     VAR_NB
  64 };
  65
  66 typedef struct {
  67     const    AVClass *class;
  68     float    hue_deg; /* hue expressed in degrees */
  69     float    hue; /* hue expressed in radians */
  70     char     *hue_deg_expr;
  71     char     *hue_expr;
  72     AVExpr   *hue_deg_pexpr;
  73     AVExpr   *hue_pexpr;
  74     float    saturation;
  75     char     *saturation_expr;
  76     AVExpr   *saturation_pexpr;
  77     int      hsub;
  78     int      vsub;
  79     int32_t hue_sin;
  80     int32_t hue_cos;
  81     int      flat_syntax;
  82     double   var_values[VAR_NB];
  83 } HueContext;
  84
  85 #define OFFSET(x) offsetof(HueContext, x)
  86 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
  87 static const AVOption hue_options[] = {
  88     { "h", "set the hue angle degrees expression", OFFSET(hue_deg_expr), AV_OPT_TYPE_STRING,
  89       { .str = NULL }, .flags = FLAGS },
  90     { "H", "set the hue angle radians expression", OFFSET(hue_expr), AV_OPT_TYPE_STRING,
  91       { .str = NULL }, .flags = FLAGS },
  92     { "s", "set the saturation expression", OFFSET(saturation_expr), AV_OPT_TYPE_STRING,
  93       { .str = NULL }, .flags = FLAGS },
  94     { NULL }
  95 };
  96
  97 AVFILTER_DEFINE_CLASS(hue);
  98
  99 static inline void compute_sin_and_cos(HueContext *hue)
 100 {
 101     /*
 102      * Scale the value to the norm of the resulting (U,V) vector, that is
 103      * the saturation.
 104      * This will be useful in the process_chrominance function.
 105      */
 106     hue->hue_sin = rint(sin(hue->hue) * (1 << 16) * hue->saturation);
 107     hue->hue_cos = rint(cos(hue->hue) * (1 << 16) * hue->saturation);
 108 }
 109
 110 #define SET_EXPRESSION(attr, name) do {                                           \
 111     if (hue->attr##_expr) {                                                       \
 112         if ((ret = av_expr_parse(&hue->attr##_pexpr, hue->attr##_expr, var_names, \
 113                                  NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx)) < 0) {          \
 114             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,                                             \
 115                    "Parsing failed for expression " #name "='%s'",                \
 116                    hue->attr##_expr);                                             \
 117             hue->attr##_expr  = old_##attr##_expr;                                \
 118             hue->attr##_pexpr = old_##attr##_pexpr;                               \
 119             return AVERROR(EINVAL);                                               \
 120         } else if (old_##attr##_pexpr) {                                          \
 121             av_freep(&old_##attr##_expr);                                         \
 122             av_expr_free(old_##attr##_pexpr);                                     \
 123             old_##attr##_pexpr = NULL;                                            \
 124         }                                                                         \
 125     } else {                                                                      \
 126         hue->attr##_expr = old_##attr##_expr;                                     \
 127     }                                                                             \
 128 } while (0)
 129
 130 static inline int set_options(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 131 {
 132     HueContext *hue = ctx->priv;
 133     int n, ret;
 134     char c1 = 0, c2 = 0;
 135     char   *old_hue_expr,  *old_hue_deg_expr,  *old_saturation_expr;
 136     AVExpr *old_hue_pexpr, *old_hue_deg_pexpr, *old_saturation_pexpr;
 137
 138     if (args) {
 139         /* named options syntax */
 140         if (strchr(args, '=')) {
 141             old_hue_expr        = hue->hue_expr;
 142             old_hue_deg_expr    = hue->hue_deg_expr;
 143             old_saturation_expr = hue->saturation_expr;
 144
 145             old_hue_pexpr        = hue->hue_pexpr;
 146             old_hue_deg_pexpr    = hue->hue_deg_pexpr;
 147             old_saturation_pexpr = hue->saturation_pexpr;
 148
 149             hue->hue_expr     = NULL;
 150             hue->hue_deg_expr = NULL;
 151             hue->saturation_expr = NULL;
 152
 153             if ((ret = av_set_options_string(hue, args, "=", ":")) < 0)
 154                 return ret;
 155             if (hue->hue_expr && hue->hue_deg_expr) {
 156                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 157                        "H and h options are incompatible and cannot be specified "
 158                        "at the same time\n");
 159                 hue->hue_expr     = old_hue_expr;
 160                 hue->hue_deg_expr = old_hue_deg_expr;
 161
 162                 return AVERROR(EINVAL);
 163             }
 164
 165             SET_EXPRESSION(hue_deg, h);
 166             SET_EXPRESSION(hue, H);
 167             SET_EXPRESSION(saturation, s);
 168
 169             hue->flat_syntax = 0;
 170
 171             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
 172                    "H_expr:%s h_deg_expr:%s s_expr:%s\n",
 173                    hue->hue_expr, hue->hue_deg_expr, hue->saturation_expr);
 174
 175         /* compatibility h:s syntax */
 176         } else {
 177             n = sscanf(args, "%f%c%f%c", &hue->hue_deg, &c1, &hue->saturation, &c2);
 178             if (n != 1 && (n != 3 || c1 != ':')) {
 179                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 180                        "Invalid syntax for argument '%s': "
 181                        "must be in the form 'hue[:saturation]'\n", args);
 182                 return AVERROR(EINVAL);
 183             }
 184
 185             if (hue->saturation < SAT_MIN_VAL || hue->saturation > SAT_MAX_VAL) {
 186                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 187                        "Invalid value for saturation %0.1f: "
 188                        "must be included between range %d and +%d\n",
 189                        hue->saturation, SAT_MIN_VAL, SAT_MAX_VAL);
 190                 return AVERROR(EINVAL);
 191             }
 192
 193             hue->hue = hue->hue_deg * M_PI / 180;
 194             hue->flat_syntax = 1;
 195
 196             av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
 197                    "H:%0.1f h:%0.1f s:%0.1f\n",
 198                    hue->hue, hue->hue_deg, hue->saturation);
 199         }
 200     }
 201
 202     compute_sin_and_cos(hue);
 203
 204     return 0;
 205 }
 206
 207 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 208 {
 209     HueContext *hue = ctx->priv;
 210
 211     hue->class = &hue_class;
 212     av_opt_set_defaults(hue);
 213
 214     hue->saturation    = SAT_DEFAULT_VAL;
 215     hue->hue           = HUE_DEFAULT_VAL;
 216     hue->hue_deg_pexpr = NULL;
 217     hue->hue_pexpr     = NULL;
 218     hue->flat_syntax   = 1;
 219
 220     return set_options(ctx, args);
 221 }
 222
 223 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 224 {
 225     HueContext *hue = ctx->priv;
 226
 227     av_opt_free(hue);
 228
 229     av_free(hue->hue_deg_expr);
 230     av_expr_free(hue->hue_deg_pexpr);
 231     av_free(hue->hue_expr);
 232     av_expr_free(hue->hue_pexpr);
 233     av_free(hue->saturation_expr);
 234     av_expr_free(hue->saturation_pexpr);
 235 }
 236
 237 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 238 {
 239     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 240         AV_PIX_FMT_YUV444P,      AV_PIX_FMT_YUV422P,
 241         AV_PIX_FMT_YUV420P,      AV_PIX_FMT_YUV411P,
 242         AV_PIX_FMT_YUV410P,      AV_PIX_FMT_YUV440P,
 243         AV_PIX_FMT_YUVA420P,
 244         AV_PIX_FMT_NONE
 245     };
 246
 247     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 248
 249     return 0;
 250 }
 251
 252 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 253 {
 254     HueContext *hue = inlink->dst->priv;
 255     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 256
 257     hue->hsub = desc->log2_chroma_w;
 258     hue->vsub = desc->log2_chroma_h;
 259
 260     hue->var_values[VAR_N]  = 0;
 261     hue->var_values[VAR_TB] = av_q2d(inlink->time_base);
 262     hue->var_values[VAR_R]  = inlink->frame_rate.num == 0 || inlink->frame_rate.den == 0 ?
 263         NAN : av_q2d(inlink->frame_rate);
 264
 265     return 0;
 266 }
 267
 268 static void process_chrominance(uint8_t *udst, uint8_t *vdst, const int dst_linesize,
 269                                 uint8_t *usrc, uint8_t *vsrc, const int src_linesize,
 270                                 int w, int h,
 271                                 const int32_t c, const int32_t s)
 272 {
 273     int32_t u, v, new_u, new_v;
 274     int i;
 275
 276     /*
 277      * If we consider U and V as the components of a 2D vector then its angle
 278      * is the hue and the norm is the saturation
 279      */
 280     while (h--) {
 281         for (i = 0; i < w; i++) {
 282             /* Normalize the components from range [16;140] to [-112;112] */
 283             u = usrc[i] - 128;
 284             v = vsrc[i] - 128;
 285             /*
 286              * Apply the rotation of the vector : (c * u) - (s * v)
 287              *                                    (s * u) + (c * v)
 288              * De-normalize the components (without forgetting to scale 128
 289              * by << 16)
 290              * Finally scale back the result by >> 16
 291              */
 292             new_u = ((c * u) - (s * v) + (1 << 15) + (128 << 16)) >> 16;
 293             new_v = ((s * u) + (c * v) + (1 << 15) + (128 << 16)) >> 16;
 294
 295             /* Prevent a potential overflow */
 296             udst[i] = av_clip_uint8_c(new_u);
 297             vdst[i] = av_clip_uint8_c(new_v);
 298         }
 299
 300         usrc += src_linesize;
 301         vsrc += src_linesize;
 302         udst += dst_linesize;
 303         vdst += dst_linesize;
 304     }
 305 }
 306
 307 #define TS2D(ts) ((ts) == AV_NOPTS_VALUE ? NAN : (double)(ts))
 308 #define TS2T(ts, tb) ((ts) == AV_NOPTS_VALUE ? NAN : (double)(ts) * av_q2d(tb))
 309
 310 static int start_frame(AVFilterLink *inlink, AVFilterBufferRef *inpic)
 311 {
 312     HueContext *hue = inlink->dst->priv;
 313     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 314     AVFilterBufferRef *buf_out;
 315
 316     outlink->out_buf = ff_get_video_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, outlink->w, outlink->h);
 317     if (!outlink->out_buf)
 318         return AVERROR(ENOMEM);
 319
 320     avfilter_copy_buffer_ref_props(outlink->out_buf, inpic);
 321     outlink->out_buf->video->w = outlink->w;
 322     outlink->out_buf->video->h = outlink->h;
 323     buf_out = avfilter_ref_buffer(outlink->out_buf, ~0);
 324     if (!buf_out)
 325         return AVERROR(ENOMEM);
 326
 327     if (!hue->flat_syntax) {
 328         hue->var_values[VAR_T]   = TS2T(inpic->pts, inlink->time_base);
 329         hue->var_values[VAR_PTS] = TS2D(inpic->pts);
 330
 331         if (hue->saturation_expr) {
 332             hue->saturation = av_expr_eval(hue->saturation_pexpr, hue->var_values, NULL);
 333
 334             if (hue->saturation < SAT_MIN_VAL || hue->saturation > SAT_MAX_VAL) {
 335                 hue->saturation = av_clip(hue->saturation, SAT_MIN_VAL, SAT_MAX_VAL);
 336                 av_log(inlink->dst, AV_LOG_WARNING,
 337                        "Saturation value not in range [%d,%d]: clipping value to %0.1f\n",
 338                        SAT_MIN_VAL, SAT_MAX_VAL, hue->saturation);
 339             }
 340         }
 341
 342         if (hue->hue_deg_expr) {
 343             hue->hue_deg = av_expr_eval(hue->hue_deg_pexpr, hue->var_values, NULL);
 344             hue->hue = hue->hue_deg * M_PI / 180;
 345         } else if (hue->hue_expr) {
 346             hue->hue = av_expr_eval(hue->hue_pexpr, hue->var_values, NULL);
 347         }
 348
 349         av_log(inlink->dst, AV_LOG_DEBUG,
 350                "H:%0.1f s:%0.f t:%0.1f n:%d\n",
 351                hue->hue, hue->saturation,
 352                hue->var_values[VAR_T], (int)hue->var_values[VAR_N]);
 353
 354         compute_sin_and_cos(hue);
 355     }
 356
 357     hue->var_values[VAR_N] += 1;
 358
 359     return ff_start_frame(outlink, buf_out);
 360 }
 361
 362 static int draw_slice(AVFilterLink *inlink, int y, int h, int slice_dir)
 363 {
 364     HueContext        *hue    = inlink->dst->priv;
 365     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink->cur_buf;
 366     AVFilterBufferRef *outpic = inlink->dst->outputs[0]->out_buf;
 367     uint8_t *inrow[3], *outrow[3]; // 0 : Y, 1 : U, 2 : V
 368     int plane;
 369
 370     inrow[0]  = inpic->data[0]  + y * inpic->linesize[0];
 371     outrow[0] = outpic->data[0] + y * outpic->linesize[0];
 372
 373     for (plane = 1; plane < 3; plane++) {
 374         inrow[plane]  = inpic->data[plane]  + (y >> hue->vsub) * inpic->linesize[plane];
 375         outrow[plane] = outpic->data[plane] + (y >> hue->vsub) * outpic->linesize[plane];
 376     }
 377
 378     av_image_copy_plane(outrow[0], outpic->linesize[0],
 379                         inrow[0],  inpic->linesize[0],
 380                         inlink->w, inlink->h);
 381
 382     process_chrominance(outrow[1], outrow[2], outpic->linesize[1],
 383                         inrow[1], inrow[2], inpic->linesize[1],
 384                         inlink->w >> hue->hsub, inlink->h >> hue->vsub,
 385                         hue->hue_cos, hue->hue_sin);
 386
 387     return ff_draw_slice(inlink->dst->outputs[0], y, h, slice_dir);
 388 }
 389
 390 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 391                            char *res, int res_len, int flags)
 392 {
 393     if (!strcmp(cmd, "reinit"))
 394         return set_options(ctx, args);
 395     else
 396         return AVERROR(ENOSYS);
 397 }
 398
 399 static const AVFilterPad hue_inputs[] = {
 400     {
 401         .name         = "default",
 402         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 403         .start_frame  = start_frame,
 404         .draw_slice   = draw_slice,
 405         .config_props = config_props,
 406         .min_perms    = AV_PERM_READ,
 407     },
 408     { NULL }
 409 };
 410
 411 static const AVFilterPad hue_outputs[] = {
 412     {
 413         .name = "default",
 414         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 415     },
 416     { NULL }
 417 };
 418
 419 AVFilter avfilter_vf_hue = {
 420     .name        = "hue",
 421     .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Adjust the hue and saturation of the input video."),
 422
 423     .priv_size = sizeof(HueContext),
 424
 425     .init          = init,
 426     .uninit        = uninit,
 427     .query_formats = query_formats,
 428     .process_command = process_command,
 429     .inputs          = hue_inputs,
 430     .outputs         = hue_outputs,
 431     .priv_class      = &hue_class,
 432 };