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/common.h"
  28 #include "libavutil/eval.h"
  29 #include "libavutil/opt.h"
  30 #include "libavutil/pixdesc.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "formats.h"
  33 #include "internal.h"
  34 #include "video.h"
  35
  36 static const char *const var_names[] = {
  37     "w",        ///< width of the input video
  38     "h",        ///< height of the input video
  39     "val",      ///< input value for the pixel
  40     "maxval",   ///< max value for the pixel
  41     "minval",   ///< min value for the pixel
  42     "negval",   ///< negated value
  43     "clipval",
  44     NULL
  45 };
  46
  47 enum var_name {
  48     VAR_W,
  49     VAR_H,
  50     VAR_VAL,
  51     VAR_MAXVAL,
  52     VAR_MINVAL,
  53     VAR_NEGVAL,
  54     VAR_CLIPVAL,
  55     VAR_VARS_NB
  56 };
  57
  58 typedef struct {
  59     const AVClass *class;
  60     uint8_t lut[4][256];  ///< lookup table for each component
  61     char   *comp_expr_str[4];
  62     AVExpr *comp_expr[4];
  63     int hsub, vsub;
  64     double var_values[VAR_VARS_NB];
  65     int is_rgb, is_yuv;
  66     int step;
  67     int negate_alpha; /* only used by negate */
  68 } LutContext;
  69
  70 #define Y 0
  71 #define U 1
  72 #define V 2
  73 #define R 0
  74 #define G 1
  75 #define B 2
  76 #define A 3
  77
  78 #define OFFSET(x) offsetof(LutContext, x)
  79 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  80
  81 static const AVOption options[] = {
  82     {"c0", "set component #0 expression", OFFSET(comp_expr_str[0]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  83     {"c1", "set component #1 expression", OFFSET(comp_expr_str[1]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  84     {"c2", "set component #2 expression", OFFSET(comp_expr_str[2]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  85     {"c3", "set component #3 expression", OFFSET(comp_expr_str[3]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  86     {"y",  "set Y expression", OFFSET(comp_expr_str[Y]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  87     {"u",  "set U expression", OFFSET(comp_expr_str[U]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  88     {"v",  "set V expression", OFFSET(comp_expr_str[V]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  89     {"r",  "set R expression", OFFSET(comp_expr_str[R]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  90     {"g",  "set G expression", OFFSET(comp_expr_str[G]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  91     {"b",  "set B expression", OFFSET(comp_expr_str[B]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  92     {"a",  "set A expression", OFFSET(comp_expr_str[A]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS},
  93     {NULL},
  94 };
  95
  96 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
  97 {
  98     LutContext *lut = ctx->priv;
  99     int i;
 100
 101     for (i = 0; i < 4; i++) {
 102         av_expr_free(lut->comp_expr[i]);
 103         lut->comp_expr[i] = NULL;
 104         av_freep(&lut->comp_expr_str[i]);
 105     }
 106 }
 107
 108 #define YUV_FORMATS                                         \
 109     AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUV422P,  AV_PIX_FMT_YUV420P,    \
 110     AV_PIX_FMT_YUV411P,  AV_PIX_FMT_YUV410P,  AV_PIX_FMT_YUV440P,    \
 111     AV_PIX_FMT_YUVA420P,                                       \
 112     AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,   \
 113     AV_PIX_FMT_YUVJ440P
 114
 115 #define RGB_FORMATS                             \
 116     AV_PIX_FMT_ARGB,         AV_PIX_FMT_RGBA,         \
 117     AV_PIX_FMT_ABGR,         AV_PIX_FMT_BGRA,         \
 118     AV_PIX_FMT_RGB24,        AV_PIX_FMT_BGR24
 119
 120 static const enum AVPixelFormat yuv_pix_fmts[] = { YUV_FORMATS, AV_PIX_FMT_NONE };
 121 static const enum AVPixelFormat rgb_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, AV_PIX_FMT_NONE };
 122 static const enum AVPixelFormat all_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, YUV_FORMATS, AV_PIX_FMT_NONE };
 123
 124 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 125 {
 126     LutContext *lut = ctx->priv;
 127
 128     const enum AVPixelFormat *pix_fmts = lut->is_rgb ? rgb_pix_fmts :
 129                                        lut->is_yuv ? yuv_pix_fmts : all_pix_fmts;
 130
 131     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 132     return 0;
 133 }
 134
 135 /**
 136  * Clip value val in the minval - maxval range.
 137  */
 138 static double clip(void *opaque, double val)
 139 {
 140     LutContext *lut = opaque;
 141     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 142     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 143
 144     return av_clip(val, minval, maxval);
 145 }
 146
 147 /**
 148  * Compute gamma correction for value val, assuming the minval-maxval
 149  * range, val is clipped to a value contained in the same interval.
 150  */
 151 static double compute_gammaval(void *opaque, double gamma)
 152 {
 153     LutContext *lut = opaque;
 154     double val    = lut->var_values[VAR_CLIPVAL];
 155     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 156     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 157
 158     return pow((val-minval)/(maxval-minval), gamma) * (maxval-minval)+minval;
 159 }
 160
 161 static double (* const funcs1[])(void *, double) = {
 162     (void *)clip,
 163     (void *)compute_gammaval,
 164     NULL
 165 };
 166
 167 static const char * const funcs1_names[] = {
 168     "clip",
 169     "gammaval",
 170     NULL
 171 };
 172
 173 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 174 {
 175     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 176     LutContext *lut = ctx->priv;
 177     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 178     int rgba_map[4]; /* component index -> RGBA color index map */
 179     int min[4], max[4];
 180     int val, comp, ret;
 181
 182     lut->hsub = desc->log2_chroma_w;
 183     lut->vsub = desc->log2_chroma_h;
 184
 185     lut->var_values[VAR_W] = inlink->w;
 186     lut->var_values[VAR_H] = inlink->h;
 187
 188     switch (inlink->format) {
 189     case AV_PIX_FMT_YUV410P:
 190     case AV_PIX_FMT_YUV411P:
 191     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 192     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 193     case AV_PIX_FMT_YUV440P:
 194     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
 195     case AV_PIX_FMT_YUVA420P:
 196         min[Y] = min[U] = min[V] = 16;
 197         max[Y] = 235;
 198         max[U] = max[V] = 240;
 199         min[A] = 0; max[A] = 255;
 200         break;
 201     default:
 202         min[0] = min[1] = min[2] = min[3] = 0;
 203         max[0] = max[1] = max[2] = max[3] = 255;
 204     }
 205
 206     lut->is_yuv = lut->is_rgb = 0;
 207     if      (ff_fmt_is_in(inlink->format, yuv_pix_fmts)) lut->is_yuv = 1;
 208     else if (ff_fmt_is_in(inlink->format, rgb_pix_fmts)) lut->is_rgb = 1;
 209
 210     if (lut->is_rgb) {
 211         switch (inlink->format) {
 212         case AV_PIX_FMT_ARGB:  rgba_map[0] = A; rgba_map[1] = R; rgba_map[2] = G; rgba_map[3] = B; break;
 213         case AV_PIX_FMT_ABGR:  rgba_map[0] = A; rgba_map[1] = B; rgba_map[2] = G; rgba_map[3] = R; break;
 214         case AV_PIX_FMT_RGBA:
 215         case AV_PIX_FMT_RGB24: rgba_map[0] = R; rgba_map[1] = G; rgba_map[2] = B; rgba_map[3] = A; break;
 216         case AV_PIX_FMT_BGRA:
 217         case AV_PIX_FMT_BGR24: rgba_map[0] = B; rgba_map[1] = G; rgba_map[2] = R; rgba_map[3] = A; break;
 218         }
 219         lut->step = av_get_bits_per_pixel(desc) >> 3;
 220     }
 221
 222     for (comp = 0; comp < desc->nb_components; comp++) {
 223         double res;
 224         int color = lut->is_rgb ? rgba_map[comp] : comp;
 225
 226         /* create the parsed expression */
 227         ret = av_expr_parse(&lut->comp_expr[color], lut->comp_expr_str[color],
 228                             var_names, funcs1_names, funcs1, NULL, NULL, 0, ctx);
 229         if (ret < 0) {
 230             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 231                    "Error when parsing the expression '%s' for the component %d and color %d.\n",
 232                    lut->comp_expr_str[comp], comp, color);
 233             return AVERROR(EINVAL);
 234         }
 235
 236         /* compute the lut */
 237         lut->var_values[VAR_MAXVAL] = max[color];
 238         lut->var_values[VAR_MINVAL] = min[color];
 239
 240         for (val = 0; val < 256; val++) {
 241             lut->var_values[VAR_VAL] = val;
 242             lut->var_values[VAR_CLIPVAL] = av_clip(val, min[color], max[color]);
 243             lut->var_values[VAR_NEGVAL] =
 244                 av_clip(min[color] + max[color] - lut->var_values[VAR_VAL],
 245                         min[color], max[color]);
 246
 247             res = av_expr_eval(lut->comp_expr[color], lut->var_values, lut);
 248             if (isnan(res)) {
 249                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 250                        "Error when evaluating the expression '%s' for the value %d for the component %d.\n",
 251                        lut->comp_expr_str[color], val, comp);
 252                 return AVERROR(EINVAL);
 253             }
 254             lut->lut[comp][val] = av_clip((int)res, min[color], max[color]);
 255             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "val[%d][%d] = %d\n", comp, val, lut->lut[comp][val]);
 256         }
 257     }
 258
 259     return 0;
 260 }
 261
 262 static int draw_slice(AVFilterLink *inlink, int y, int h, int slice_dir)
 263 {
 264     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 265     LutContext *lut = ctx->priv;
 266     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 267     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 268     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 269     uint8_t *inrow, *outrow, *inrow0, *outrow0;
 270     int i, j, plane;
 271
 272     if (lut->is_rgb) {
 273         /* packed */
 274         inrow0  = inpic ->data[0] + y * inpic ->linesize[0];
 275         outrow0 = outpic->data[0] + y * outpic->linesize[0];
 276
 277         for (i = 0; i < h; i ++) {
 278             int w = inlink->w;
 279             const uint8_t (*tab)[256] = (const uint8_t (*)[256])lut->lut;
 280             inrow  = inrow0;
 281             outrow = outrow0;
 282             for (j = 0; j < w; j++) {
 283                 outrow[0] = tab[0][inrow[0]];
 284                 if (lut->step>1) {
 285                     outrow[1] = tab[1][inrow[1]];
 286                     if (lut->step>2) {
 287                         outrow[2] = tab[2][inrow[2]];
 288                         if (lut->step>3) {
 289                             outrow[3] = tab[3][inrow[3]];
 290                         }
 291                     }
 292                 }
 293                 outrow += lut->step;
 294                 inrow  += lut->step;
 295             }
 296             inrow0  += inpic ->linesize[0];
 297             outrow0 += outpic->linesize[0];
 298         }
 299     } else {
 300         /* planar */
 301         for (plane = 0; plane < 4 && inpic->data[plane]; plane++) {
 302             int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->vsub : 0;
 303             int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->hsub : 0;
 304
 305             inrow  = inpic ->data[plane] + (y>>vsub) * inpic ->linesize[plane];
 306             outrow = outpic->data[plane] + (y>>vsub) * outpic->linesize[plane];
 307
 308             for (i = 0; i < (h + (1<<vsub) - 1)>>vsub; i ++) {
 309                 const uint8_t *tab = lut->lut[plane];
 310                 int w = (inlink->w + (1<<hsub) - 1)>>hsub;
 311                 for (j = 0; j < w; j++)
 312                     outrow[j] = tab[inrow[j]];
 313                 inrow  += inpic ->linesize[plane];
 314                 outrow += outpic->linesize[plane];
 315             }
 316         }
 317     }
 318
 319     return ff_draw_slice(outlink, y, h, slice_dir);
 320 }
 321
 322 static const AVFilterPad inputs[] = {
 323     { .name            = "default",
 324       .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 325       .draw_slice      = draw_slice,
 326       .config_props    = config_props,
 327       .min_perms       = AV_PERM_READ, },
 328     { .name = NULL}
 329 };
 330 static const AVFilterPad outputs[] = {
 331     { .name            = "default",
 332       .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, },
 333     { .name = NULL}
 334 };
 335 #define DEFINE_LUT_FILTER(name_, description_)                          \
 336     AVFilter avfilter_vf_##name_ = {                                    \
 337         .name          = #name_,                                        \
 338         .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL(description_),            \
 339         .priv_size     = sizeof(LutContext),                            \
 340                                                                         \
 341         .init          = name_##_init,                                  \
 342         .uninit        = uninit,                                        \
 343         .query_formats = query_formats,                                 \
 344                                                                         \
 345         .inputs        = inputs,                                        \
 346         .outputs       = outputs,                                       \
 347         .priv_class    = &name_##_class,                                \
 348     }
 349
 350 #if CONFIG_LUT_FILTER
 351
 352 #define lut_options options
 353 AVFILTER_DEFINE_CLASS(lut);
 354
 355 static int lut_init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 356 {
 357     LutContext *lut = ctx->priv;
 358     int ret;
 359
 360     lut->class = &lut_class;
 361     av_opt_set_defaults(lut);
 362
 363     if (args && (ret = av_set_options_string(lut, args, "=", ":")) < 0)
 364         return ret;
 365
 366     return 0;
 367 }
 368
 369 DEFINE_LUT_FILTER(lut, "Compute and apply a lookup table to the RGB/YUV input video.");
 370 #endif
 371
 372 #if CONFIG_LUTYUV_FILTER
 373
 374 #define lutyuv_options options
 375 AVFILTER_DEFINE_CLASS(lutyuv);
 376
 377 static int lutyuv_init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 378 {
 379     LutContext *lut = ctx->priv;
 380     int ret;
 381
 382     lut->class = &lutyuv_class;
 383     lut->is_yuv = 1;
 384     av_opt_set_defaults(lut);
 385
 386     if (args && (ret = av_set_options_string(lut, args, "=", ":")) < 0)
 387         return ret;
 388
 389     return 0;
 390 }
 391
 392 DEFINE_LUT_FILTER(lutyuv, "Compute and apply a lookup table to the YUV input video.");
 393 #endif
 394
 395 #if CONFIG_LUTRGB_FILTER
 396
 397 #define lutrgb_options options
 398 AVFILTER_DEFINE_CLASS(lutrgb);
 399
 400 static int lutrgb_init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 401 {
 402     LutContext *lut = ctx->priv;
 403     int ret;
 404
 405     lut->class = &lutrgb_class;
 406     lut->is_rgb = 1;
 407     av_opt_set_defaults(lut);
 408
 409     if (args && (ret = av_set_options_string(lut, args, "=", ":")) < 0)
 410         return ret;
 411
 412     return 0;
 413 }
 414
 415 DEFINE_LUT_FILTER(lutrgb, "Compute and apply a lookup table to the RGB input video.");
 416 #endif
 417
 418 #if CONFIG_NEGATE_FILTER
 419
 420 #define negate_options options
 421 AVFILTER_DEFINE_CLASS(negate);
 422
 423 static int negate_init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 424 {
 425     LutContext *lut = ctx->priv;
 426     char lut_params[64];
 427
 428     if (args)
 429         sscanf(args, "%d", &lut->negate_alpha);
 430
 431     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "negate_alpha:%d\n", lut->negate_alpha);
 432
 433     snprintf(lut_params, sizeof(lut_params), "c0=negval:c1=negval:c2=negval:a=%s",
 434              lut->negate_alpha ? "negval" : "val");
 435
 436     lut->class = &negate_class;
 437     av_opt_set_defaults(lut);
 438
 439     return av_set_options_string(lut, lut_params, "=", ":");
 440 }
 441
 442 DEFINE_LUT_FILTER(negate, "Negate input video.");
 443
 444 #endif