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 static const AVClass lut_class = {
  95     .class_name = "lut",
  96     .item_name  = av_default_item_name,
  97     .option     = lut_options,
  98     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
  99     .category   = AV_CLASS_CATEGORY_FILTER,
 100 };
 101
 102 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
 103 {
 104     LutContext *lut = ctx->priv;
 105     int ret;
 106
 107     lut->class = &lut_class;
 108     av_opt_set_defaults(lut);
 109
 110     lut->is_rgb = !strcmp(ctx->filter->name, "lutrgb");
 111     lut->is_yuv = !strcmp(ctx->filter->name, "lutyuv");
 112     if (args && (ret = av_set_options_string(lut, args, "=", ":")) < 0)
 113         return ret;
 114
 115     return 0;
 116 }
 117
 118 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 119 {
 120     LutContext *lut = ctx->priv;
 121     int i;
 122
 123     for (i = 0; i < 4; i++) {
 124         av_expr_free(lut->comp_expr[i]);
 125         lut->comp_expr[i] = NULL;
 126         av_freep(&lut->comp_expr_str[i]);
 127     }
 128 }
 129
 130 #define YUV_FORMATS                                         \
 131     PIX_FMT_YUV444P,  PIX_FMT_YUV422P,  PIX_FMT_YUV420P,    \
 132     PIX_FMT_YUV411P,  PIX_FMT_YUV410P,  PIX_FMT_YUV440P,    \
 133     PIX_FMT_YUVA420P,                                       \
 134     PIX_FMT_YUVJ444P, PIX_FMT_YUVJ422P, PIX_FMT_YUVJ420P,   \
 135     PIX_FMT_YUVJ440P
 136
 137 #define RGB_FORMATS                             \
 138     PIX_FMT_ARGB,         PIX_FMT_RGBA,         \
 139     PIX_FMT_ABGR,         PIX_FMT_BGRA,         \
 140     PIX_FMT_RGB24,        PIX_FMT_BGR24
 141
 142 static const enum PixelFormat yuv_pix_fmts[] = { YUV_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 143 static const enum PixelFormat rgb_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 144 static const enum PixelFormat all_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, YUV_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 145
 146 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 147 {
 148     LutContext *lut = ctx->priv;
 149
 150     const enum PixelFormat *pix_fmts = lut->is_rgb ? rgb_pix_fmts :
 151                                        lut->is_yuv ? yuv_pix_fmts : all_pix_fmts;
 152
 153     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 154     return 0;
 155 }
 156
 157 /**
 158  * Clip value val in the minval - maxval range.
 159  */
 160 static double clip(void *opaque, double val)
 161 {
 162     LutContext *lut = opaque;
 163     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 164     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 165
 166     return av_clip(val, minval, maxval);
 167 }
 168
 169 /**
 170  * Compute gamma correction for value val, assuming the minval-maxval
 171  * range, val is clipped to a value contained in the same interval.
 172  */
 173 static double compute_gammaval(void *opaque, double gamma)
 174 {
 175     LutContext *lut = opaque;
 176     double val    = lut->var_values[VAR_CLIPVAL];
 177     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 178     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 179
 180     return pow((val-minval)/(maxval-minval), gamma) * (maxval-minval)+minval;
 181 }
 182
 183 static double (* const funcs1[])(void *, double) = {
 184     (void *)clip,
 185     (void *)compute_gammaval,
 186     NULL
 187 };
 188
 189 static const char * const funcs1_names[] = {
 190     "clip",
 191     "gammaval",
 192     NULL
 193 };
 194
 195 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 196 {
 197     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 198     LutContext *lut = ctx->priv;
 199     const AVPixFmtDescriptor *desc = &av_pix_fmt_descriptors[inlink->format];
 200     int rgba_map[4]; /* component index -> RGBA color index map */
 201     int min[4], max[4];
 202     int val, comp, ret;
 203
 204     lut->hsub = desc->log2_chroma_w;
 205     lut->vsub = desc->log2_chroma_h;
 206
 207     lut->var_values[VAR_W] = inlink->w;
 208     lut->var_values[VAR_H] = inlink->h;
 209
 210     switch (inlink->format) {
 211     case PIX_FMT_YUV410P:
 212     case PIX_FMT_YUV411P:
 213     case PIX_FMT_YUV420P:
 214     case PIX_FMT_YUV422P:
 215     case PIX_FMT_YUV440P:
 216     case PIX_FMT_YUV444P:
 217     case PIX_FMT_YUVA420P:
 218         min[Y] = min[U] = min[V] = 16;
 219         max[Y] = 235;
 220         max[U] = max[V] = 240;
 221         min[A] = 0; max[A] = 255;
 222         break;
 223     default:
 224         min[0] = min[1] = min[2] = min[3] = 0;
 225         max[0] = max[1] = max[2] = max[3] = 255;
 226     }
 227
 228     lut->is_yuv = lut->is_rgb = 0;
 229     if      (ff_fmt_is_in(inlink->format, yuv_pix_fmts)) lut->is_yuv = 1;
 230     else if (ff_fmt_is_in(inlink->format, rgb_pix_fmts)) lut->is_rgb = 1;
 231
 232     if (lut->is_rgb) {
 233         switch (inlink->format) {
 234         case PIX_FMT_ARGB:  rgba_map[0] = A; rgba_map[1] = R; rgba_map[2] = G; rgba_map[3] = B; break;
 235         case PIX_FMT_ABGR:  rgba_map[0] = A; rgba_map[1] = B; rgba_map[2] = G; rgba_map[3] = R; break;
 236         case PIX_FMT_RGBA:
 237         case PIX_FMT_RGB24: rgba_map[0] = R; rgba_map[1] = G; rgba_map[2] = B; rgba_map[3] = A; break;
 238         case PIX_FMT_BGRA:
 239         case PIX_FMT_BGR24: rgba_map[0] = B; rgba_map[1] = G; rgba_map[2] = R; rgba_map[3] = A; break;
 240         }
 241         lut->step = av_get_bits_per_pixel(desc) >> 3;
 242     }
 243
 244     for (comp = 0; comp < desc->nb_components; comp++) {
 245         double res;
 246         int color = lut->is_rgb ? rgba_map[comp] : comp;
 247
 248         /* create the parsed expression */
 249         ret = av_expr_parse(&lut->comp_expr[color], lut->comp_expr_str[color],
 250                             var_names, funcs1_names, funcs1, NULL, NULL, 0, ctx);
 251         if (ret < 0) {
 252             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 253                    "Error when parsing the expression '%s' for the component %d and color %d.\n",
 254                    lut->comp_expr_str[comp], comp, color);
 255             return AVERROR(EINVAL);
 256         }
 257
 258         /* compute the lut */
 259         lut->var_values[VAR_MAXVAL] = max[color];
 260         lut->var_values[VAR_MINVAL] = min[color];
 261
 262         for (val = 0; val < 256; val++) {
 263             lut->var_values[VAR_VAL] = val;
 264             lut->var_values[VAR_CLIPVAL] = av_clip(val, min[color], max[color]);
 265             lut->var_values[VAR_NEGVAL] =
 266                 av_clip(min[color] + max[color] - lut->var_values[VAR_VAL],
 267                         min[color], max[color]);
 268
 269             res = av_expr_eval(lut->comp_expr[color], lut->var_values, lut);
 270             if (isnan(res)) {
 271                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 272                        "Error when evaluating the expression '%s' for the value %d for the component %d.\n",
 273                        lut->comp_expr_str[color], val, comp);
 274                 return AVERROR(EINVAL);
 275             }
 276             lut->lut[comp][val] = av_clip((int)res, min[color], max[color]);
 277             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "val[%d][%d] = %d\n", comp, val, lut->lut[comp][val]);
 278         }
 279     }
 280
 281     return 0;
 282 }
 283
 284 static void draw_slice(AVFilterLink *inlink, int y, int h, int slice_dir)
 285 {
 286     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 287     LutContext *lut = ctx->priv;
 288     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 289     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 290     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 291     uint8_t *inrow, *outrow, *inrow0, *outrow0;
 292     int i, j, plane;
 293
 294     if (lut->is_rgb) {
 295         /* packed */
 296         inrow0  = inpic ->data[0] + y * inpic ->linesize[0];
 297         outrow0 = outpic->data[0] + y * outpic->linesize[0];
 298
 299         for (i = 0; i < h; i ++) {
 300             int w = inlink->w;
 301             const uint8_t (*tab)[256] = (const uint8_t (*)[256])lut->lut;
 302             inrow  = inrow0;
 303             outrow = outrow0;
 304             for (j = 0; j < w; j++) {
 305                 outrow[0] = tab[0][inrow[0]];
 306                 if (lut->step>1) {
 307                     outrow[1] = tab[1][inrow[1]];
 308                     if (lut->step>2) {
 309                         outrow[2] = tab[2][inrow[2]];
 310                         if (lut->step>3) {
 311                             outrow[3] = tab[3][inrow[3]];
 312                         }
 313                     }
 314                 }
 315                 outrow += lut->step;
 316                 inrow  += lut->step;
 317             }
 318             inrow0  += inpic ->linesize[0];
 319             outrow0 += outpic->linesize[0];
 320         }
 321     } else {
 322         /* planar */
 323         for (plane = 0; plane < 4 && inpic->data[plane]; plane++) {
 324             int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->vsub : 0;
 325             int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->hsub : 0;
 326
 327             inrow  = inpic ->data[plane] + (y>>vsub) * inpic ->linesize[plane];
 328             outrow = outpic->data[plane] + (y>>vsub) * outpic->linesize[plane];
 329
 330             for (i = 0; i < h>>vsub; i ++) {
 331                 const uint8_t *tab = lut->lut[plane];
 332                 int w = inlink->w>>hsub;
 333                 for (j = 0; j < w; j++)
 334                     outrow[j] = tab[inrow[j]];
 335                 inrow  += inpic ->linesize[plane];
 336                 outrow += outpic->linesize[plane];
 337             }
 338         }
 339     }
 340
 341     ff_draw_slice(outlink, y, h, slice_dir);
 342 }
 343
 344 #define DEFINE_LUT_FILTER(name_, description_, init_)                   \
 345     AVFilter avfilter_vf_##name_ = {                                    \
 346         .name          = #name_,                                        \
 347         .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL(description_),            \
 348         .priv_size     = sizeof(LutContext),                            \
 349                                                                         \
 350         .init          = init_,                                         \
 351         .uninit        = uninit,                                        \
 352         .query_formats = query_formats,                                 \
 353                                                                         \
 354         .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",   \
 355                                         .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, \
 356                                         .draw_slice      = draw_slice,  \
 357                                         .config_props    = config_props, \
 358                                         .min_perms       = AV_PERM_READ, }, \
 359                                       { .name = NULL}},                 \
 360         .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",   \
 361                                         .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, }, \
 362                                       { .name = NULL}},                 \
 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, void *opaque)
 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, opaque);
 391 }
 392
 393 DEFINE_LUT_FILTER(negate, "Negate input video.", negate_init);
 394
 395 #endif