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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011 Stefano Sabatini
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 /**
  22  * @file
  23  * Compute a look-up table for binding the input value to the output
  24  * value, and apply it to input video.
  25  */
  26
  27 #include "libavutil/eval.h"
  28 #include "libavutil/opt.h"
  29 #include "libavutil/pixdesc.h"
  30 #include "avfilter.h"
  31 #include "formats.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "video.h"
  34
  35 static const char *const var_names[] = {
  36     "w",        ///< width of the input video
  37     "h",        ///< height of the input video
  38     "val",      ///< input value for the pixel
  39     "maxval",   ///< max value for the pixel
  40     "minval",   ///< min value for the pixel
  41     "negval",   ///< negated value
  42     "clipval",
  43     NULL
  44 };
  45
  46 enum var_name {
  47     VAR_W,
  48     VAR_H,
  49     VAR_VAL,
  50     VAR_MAXVAL,
  51     VAR_MINVAL,
  52     VAR_NEGVAL,
  53     VAR_CLIPVAL,
  54     VAR_VARS_NB
  55 };
  56
  57 typedef struct {
  58     const AVClass *class;
  59     uint8_t lut[4][256];  ///< lookup table for each component
  60     char   *comp_expr_str[4];
  61     AVExpr *comp_expr[4];
  62     int hsub, vsub;
  63     double var_values[VAR_VARS_NB];
  64     int is_rgb, is_yuv;
  65     int step;
  66     int negate_alpha; /* only used by negate */
  67 } LutContext;
  68
  69 #define Y 0
  70 #define U 1
  71 #define V 2
  72 #define R 0
  73 #define G 1
  74 #define B 2
  75 #define A 3
  76
  77 #define OFFSET(x) offsetof(LutContext, x)
  78
  79 static const AVOption lut_options[] = {
  80     {"c0", "set component #0 expression", OFFSET(comp_expr_str[0]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  81     {"c1", "set component #1 expression", OFFSET(comp_expr_str[1]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  82     {"c2", "set component #2 expression", OFFSET(comp_expr_str[2]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  83     {"c3", "set component #3 expression", OFFSET(comp_expr_str[3]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  84     {"y",  "set Y expression", OFFSET(comp_expr_str[Y]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  85     {"u",  "set U expression", OFFSET(comp_expr_str[U]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  86     {"v",  "set V expression", OFFSET(comp_expr_str[V]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  87     {"r",  "set R expression", OFFSET(comp_expr_str[R]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  88     {"g",  "set G expression", OFFSET(comp_expr_str[G]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  89     {"b",  "set B expression", OFFSET(comp_expr_str[B]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  90     {"a",  "set A expression", OFFSET(comp_expr_str[A]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  91     {NULL},
  92 };
  93
  94 AVFILTER_DEFINE_CLASS(lut);
  95
  96 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
  97 {
  98     LutContext *lut = ctx->priv;
  99     int ret;
 100
 101     lut->class = &lut_class;
 102     av_opt_set_defaults(lut);
 103
 104     lut->is_rgb = !strcmp(ctx->filter->name, "lutrgb");
 105     lut->is_yuv = !strcmp(ctx->filter->name, "lutyuv");
 106     if (args && (ret = av_set_options_string(lut, args, "=", ":")) < 0)
 107         return ret;
 108
 109     return 0;
 110 }
 111
 112 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 113 {
 114     LutContext *lut = ctx->priv;
 115     int i;
 116
 117     for (i = 0; i < 4; i++) {
 118         av_expr_free(lut->comp_expr[i]);
 119         lut->comp_expr[i] = NULL;
 120         av_freep(&lut->comp_expr_str[i]);
 121     }
 122 }
 123
 124 #define YUV_FORMATS                                         \
 125     PIX_FMT_YUV444P,  PIX_FMT_YUV422P,  PIX_FMT_YUV420P,    \
 126     PIX_FMT_YUV411P,  PIX_FMT_YUV410P,  PIX_FMT_YUV440P,    \
 127     PIX_FMT_YUVA420P,                                       \
 128     PIX_FMT_YUVJ444P, PIX_FMT_YUVJ422P, PIX_FMT_YUVJ420P,   \
 129     PIX_FMT_YUVJ440P
 130
 131 #define RGB_FORMATS                             \
 132     PIX_FMT_ARGB,         PIX_FMT_RGBA,         \
 133     PIX_FMT_ABGR,         PIX_FMT_BGRA,         \
 134     PIX_FMT_RGB24,        PIX_FMT_BGR24
 135
 136 static const enum PixelFormat yuv_pix_fmts[] = { YUV_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 137 static const enum PixelFormat rgb_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 138 static const enum PixelFormat all_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, YUV_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 139
 140 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 141 {
 142     LutContext *lut = ctx->priv;
 143
 144     const enum PixelFormat *pix_fmts = lut->is_rgb ? rgb_pix_fmts :
 145                                        lut->is_yuv ? yuv_pix_fmts : all_pix_fmts;
 146
 147     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 148     return 0;
 149 }
 150
 151 /**
 152  * Clip value val in the minval - maxval range.
 153  */
 154 static double clip(void *opaque, double val)
 155 {
 156     LutContext *lut = opaque;
 157     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 158     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 159
 160     return av_clip(val, minval, maxval);
 161 }
 162
 163 /**
 164  * Compute gamma correction for value val, assuming the minval-maxval
 165  * range, val is clipped to a value contained in the same interval.
 166  */
 167 static double compute_gammaval(void *opaque, double gamma)
 168 {
 169     LutContext *lut = opaque;
 170     double val    = lut->var_values[VAR_CLIPVAL];
 171     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 172     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 173
 174     return pow((val-minval)/(maxval-minval), gamma) * (maxval-minval)+minval;
 175 }
 176
 177 static double (* const funcs1[])(void *, double) = {
 178     (void *)clip,
 179     (void *)compute_gammaval,
 180     NULL
 181 };
 182
 183 static const char * const funcs1_names[] = {
 184     "clip",
 185     "gammaval",
 186     NULL
 187 };
 188
 189 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 190 {
 191     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 192     LutContext *lut = ctx->priv;
 193     const AVPixFmtDescriptor *desc = &av_pix_fmt_descriptors[inlink->format];
 194     int rgba_map[4]; /* component index -> RGBA color index map */
 195     int min[4], max[4];
 196     int val, comp, ret;
 197
 198     lut->hsub = desc->log2_chroma_w;
 199     lut->vsub = desc->log2_chroma_h;
 200
 201     lut->var_values[VAR_W] = inlink->w;
 202     lut->var_values[VAR_H] = inlink->h;
 203
 204     switch (inlink->format) {
 205     case PIX_FMT_YUV410P:
 206     case PIX_FMT_YUV411P:
 207     case PIX_FMT_YUV420P:
 208     case PIX_FMT_YUV422P:
 209     case PIX_FMT_YUV440P:
 210     case PIX_FMT_YUV444P:
 211     case PIX_FMT_YUVA420P:
 212         min[Y] = min[U] = min[V] = 16;
 213         max[Y] = 235;
 214         max[U] = max[V] = 240;
 215         min[A] = 0; max[A] = 255;
 216         break;
 217     default:
 218         min[0] = min[1] = min[2] = min[3] = 0;
 219         max[0] = max[1] = max[2] = max[3] = 255;
 220     }
 221
 222     lut->is_yuv = lut->is_rgb = 0;
 223     if      (ff_fmt_is_in(inlink->format, yuv_pix_fmts)) lut->is_yuv = 1;
 224     else if (ff_fmt_is_in(inlink->format, rgb_pix_fmts)) lut->is_rgb = 1;
 225
 226     if (lut->is_rgb) {
 227         switch (inlink->format) {
 228         case PIX_FMT_ARGB:  rgba_map[0] = A; rgba_map[1] = R; rgba_map[2] = G; rgba_map[3] = B; break;
 229         case PIX_FMT_ABGR:  rgba_map[0] = A; rgba_map[1] = B; rgba_map[2] = G; rgba_map[3] = R; break;
 230         case PIX_FMT_RGBA:
 231         case PIX_FMT_RGB24: rgba_map[0] = R; rgba_map[1] = G; rgba_map[2] = B; rgba_map[3] = A; break;
 232         case PIX_FMT_BGRA:
 233         case PIX_FMT_BGR24: rgba_map[0] = B; rgba_map[1] = G; rgba_map[2] = R; rgba_map[3] = A; break;
 234         }
 235         lut->step = av_get_bits_per_pixel(desc) >> 3;
 236     }
 237
 238     for (comp = 0; comp < desc->nb_components; comp++) {
 239         double res;
 240         int color = lut->is_rgb ? rgba_map[comp] : comp;
 241
 242         /* create the parsed expression */
 243         ret = av_expr_parse(&lut->comp_expr[color], lut->comp_expr_str[color],
 244                             var_names, funcs1_names, funcs1, NULL, NULL, 0, ctx);
 245         if (ret < 0) {
 246             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 247                    "Error when parsing the expression '%s' for the component %d and color %d.\n",
 248                    lut->comp_expr_str[comp], comp, color);
 249             return AVERROR(EINVAL);
 250         }
 251
 252         /* compute the lut */
 253         lut->var_values[VAR_MAXVAL] = max[color];
 254         lut->var_values[VAR_MINVAL] = min[color];
 255
 256         for (val = 0; val < 256; val++) {
 257             lut->var_values[VAR_VAL] = val;
 258             lut->var_values[VAR_CLIPVAL] = av_clip(val, min[color], max[color]);
 259             lut->var_values[VAR_NEGVAL] =
 260                 av_clip(min[color] + max[color] - lut->var_values[VAR_VAL],
 261                         min[color], max[color]);
 262
 263             res = av_expr_eval(lut->comp_expr[color], lut->var_values, lut);
 264             if (isnan(res)) {
 265                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 266                        "Error when evaluating the expression '%s' for the value %d for the component %d.\n",
 267                        lut->comp_expr_str[color], val, comp);
 268                 return AVERROR(EINVAL);
 269             }
 270             lut->lut[comp][val] = av_clip((int)res, min[color], max[color]);
 271             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "val[%d][%d] = %d\n", comp, val, lut->lut[comp][val]);
 272         }
 273     }
 274
 275     return 0;
 276 }
 277
 278 static int draw_slice(AVFilterLink *inlink, int y, int h, int slice_dir)
 279 {
 280     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 281     LutContext *lut = ctx->priv;
 282     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 283     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 284     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 285     uint8_t *inrow, *outrow, *inrow0, *outrow0;
 286     int i, j, plane;
 287
 288     if (lut->is_rgb) {
 289         /* packed */
 290         inrow0  = inpic ->data[0] + y * inpic ->linesize[0];
 291         outrow0 = outpic->data[0] + y * outpic->linesize[0];
 292
 293         for (i = 0; i < h; i ++) {
 294             int w = inlink->w;
 295             const uint8_t (*tab)[256] = (const uint8_t (*)[256])lut->lut;
 296             inrow  = inrow0;
 297             outrow = outrow0;
 298             for (j = 0; j < w; j++) {
 299                 outrow[0] = tab[0][inrow[0]];
 300                 if (lut->step>1) {
 301                     outrow[1] = tab[1][inrow[1]];
 302                     if (lut->step>2) {
 303                         outrow[2] = tab[2][inrow[2]];
 304                         if (lut->step>3) {
 305                             outrow[3] = tab[3][inrow[3]];
 306                         }
 307                     }
 308                 }
 309                 outrow += lut->step;
 310                 inrow  += lut->step;
 311             }
 312             inrow0  += inpic ->linesize[0];
 313             outrow0 += outpic->linesize[0];
 314         }
 315     } else {
 316         /* planar */
 317         for (plane = 0; plane < 4 && inpic->data[plane]; plane++) {
 318             int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->vsub : 0;
 319             int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->hsub : 0;
 320
 321             inrow  = inpic ->data[plane] + (y>>vsub) * inpic ->linesize[plane];
 322             outrow = outpic->data[plane] + (y>>vsub) * outpic->linesize[plane];
 323
 324             for (i = 0; i < (h + (1<<vsub) - 1)>>vsub; i ++) {
 325                 const uint8_t *tab = lut->lut[plane];
 326                 int w = (inlink->w + (1<<hsub) - 1)>>hsub;
 327                 for (j = 0; j < w; j++)
 328                     outrow[j] = tab[inrow[j]];
 329                 inrow  += inpic ->linesize[plane];
 330                 outrow += outpic->linesize[plane];
 331             }
 332         }
 333     }
 334
 335     return ff_draw_slice(outlink, y, h, slice_dir);
 336 }
 337
 338 static const AVFilterPad inputs[] = {
 339     { .name            = "default",
 340       .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 341       .draw_slice      = draw_slice,
 342       .config_props    = config_props,
 343       .min_perms       = AV_PERM_READ, },
 344     { .name = NULL}
 345 };
 346 static const AVFilterPad outputs[] = {
 347     { .name            = "default",
 348       .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, },
 349     { .name = NULL}
 350 };
 351 #define DEFINE_LUT_FILTER(name_, description_, init_)                   \
 352     AVFilter avfilter_vf_##name_ = {                                    \
 353         .name          = #name_,                                        \
 354         .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL(description_),            \
 355         .priv_size     = sizeof(LutContext),                            \
 356                                                                         \
 357         .init          = init_,                                         \
 358         .uninit        = uninit,                                        \
 359         .query_formats = query_formats,                                 \
 360                                                                         \
 361         .inputs        = inputs,                                        \
 362         .outputs       = outputs,                                       \
 363     }
 364
 365 #if CONFIG_LUT_FILTER
 366 DEFINE_LUT_FILTER(lut,    "Compute and apply a lookup table to the RGB/YUV input video.", init);
 367 #endif
 368 #if CONFIG_LUTYUV_FILTER
 369 DEFINE_LUT_FILTER(lutyuv, "Compute and apply a lookup table to the YUV input video.",     init);
 370 #endif
 371 #if CONFIG_LUTRGB_FILTER
 372 DEFINE_LUT_FILTER(lutrgb, "Compute and apply a lookup table to the RGB input video.",     init);
 373 #endif
 374
 375 #if CONFIG_NEGATE_FILTER
 376
 377 static int negate_init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 378 {
 379     LutContext *lut = ctx->priv;
 380     char lut_params[64];
 381
 382     if (args)
 383         sscanf(args, "%d", &lut->negate_alpha);
 384
 385     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "negate_alpha:%d\n", lut->negate_alpha);
 386
 387     snprintf(lut_params, sizeof(lut_params), "c0=negval:c1=negval:c2=negval:a=%s",
 388              lut->negate_alpha ? "negval" : "val");
 389
 390     return init(ctx, lut_params);
 391 }
 392
 393 DEFINE_LUT_FILTER(negate, "Negate input video.", negate_init);
 394
 395 #endif