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

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