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 "internal.h"
  32
  33 static const char *const var_names[] = {
  34     "w",        ///< width of the input video
  35     "h",        ///< height of the input video
  36     "val",      ///< input value for the pixel
  37     "maxval",   ///< max value for the pixel
  38     "minval",   ///< min value for the pixel
  39     "negval",   ///< negated value
  40     "clipval",
  41     NULL
  42 };
  43
  44 enum var_name {
  45     VAR_W,
  46     VAR_H,
  47     VAR_VAL,
  48     VAR_MAXVAL,
  49     VAR_MINVAL,
  50     VAR_NEGVAL,
  51     VAR_CLIPVAL,
  52     VAR_VARS_NB
  53 };
  54
  55 typedef struct {
  56     const AVClass *class;
  57     uint8_t lut[4][256];  ///< lookup table for each component
  58     char   *comp_expr_str[4];
  59     AVExpr *comp_expr[4];
  60     int hsub, vsub;
  61     double var_values[VAR_VARS_NB];
  62     int is_rgb, is_yuv;
  63     int rgba_map[4];
  64     int step;
  65     int negate_alpha; /* only used by negate */
  66 } LutContext;
  67
  68 #define Y 0
  69 #define U 1
  70 #define V 2
  71 #define R 0
  72 #define G 1
  73 #define B 2
  74 #define A 3
  75
  76 #define OFFSET(x) offsetof(LutContext, x)
  77
  78 static const AVOption lut_options[] = {
  79     {"c0", "set component #0 expression", OFFSET(comp_expr_str[0]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  80     {"c1", "set component #1 expression", OFFSET(comp_expr_str[1]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  81     {"c2", "set component #2 expression", OFFSET(comp_expr_str[2]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  82     {"c3", "set component #3 expression", OFFSET(comp_expr_str[3]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  83     {"y",  "set Y expression", OFFSET(comp_expr_str[Y]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  84     {"u",  "set U expression", OFFSET(comp_expr_str[U]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  85     {"v",  "set V expression", OFFSET(comp_expr_str[V]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  86     {"r",  "set R expression", OFFSET(comp_expr_str[R]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  87     {"g",  "set G expression", OFFSET(comp_expr_str[G]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  88     {"b",  "set B expression", OFFSET(comp_expr_str[B]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  89     {"a",  "set A expression", OFFSET(comp_expr_str[A]),  AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="val"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX},
  90     {NULL},
  91 };
  92
  93 static const char *lut_get_name(void *ctx)
  94 {
  95     return "lut";
  96 }
  97
  98 static const AVClass lut_class = {
  99     "LutContext",
 100     lut_get_name,
 101     lut_options
 102 };
 103
 104 static int init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
 105 {
 106     LutContext *lut = ctx->priv;
 107     int ret;
 108
 109     lut->class = &lut_class;
 110     av_opt_set_defaults(lut);
 111
 112     lut->is_rgb = !strcmp(ctx->filter->name, "lutrgb");
 113     lut->is_yuv = !strcmp(ctx->filter->name, "lutyuv");
 114     if (args && (ret = av_set_options_string(lut, args, "=", ":")) < 0)
 115         return ret;
 116
 117     return 0;
 118 }
 119
 120 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 121 {
 122     LutContext *lut = ctx->priv;
 123     int i;
 124
 125     for (i = 0; i < 4; i++) {
 126         av_expr_free(lut->comp_expr[i]);
 127         lut->comp_expr[i] = NULL;
 128         av_freep(&lut->comp_expr_str[i]);
 129     }
 130 }
 131
 132 #define YUV_FORMATS                                         \
 133     PIX_FMT_YUV444P,  PIX_FMT_YUV422P,  PIX_FMT_YUV420P,    \
 134     PIX_FMT_YUV411P,  PIX_FMT_YUV410P,  PIX_FMT_YUV440P,    \
 135     PIX_FMT_YUVA420P,                                       \
 136     PIX_FMT_YUVJ444P, PIX_FMT_YUVJ422P, PIX_FMT_YUVJ420P,   \
 137     PIX_FMT_YUVJ440P
 138
 139 #define RGB_FORMATS                             \
 140     PIX_FMT_ARGB,         PIX_FMT_RGBA,         \
 141     PIX_FMT_ABGR,         PIX_FMT_BGRA,         \
 142     PIX_FMT_RGB24,        PIX_FMT_BGR24
 143
 144 static const enum PixelFormat yuv_pix_fmts[] = { YUV_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 145 static const enum PixelFormat rgb_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 146 static const enum PixelFormat all_pix_fmts[] = { RGB_FORMATS, YUV_FORMATS, PIX_FMT_NONE };
 147
 148 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 149 {
 150     LutContext *lut = ctx->priv;
 151
 152     const enum PixelFormat *pix_fmts = lut->is_rgb ? rgb_pix_fmts :
 153                                        lut->is_yuv ? yuv_pix_fmts : all_pix_fmts;
 154
 155     avfilter_set_common_pixel_formats(ctx, avfilter_make_format_list(pix_fmts));
 156     return 0;
 157 }
 158
 159 /**
 160  * Clip value val in the minval - maxval range.
 161  */
 162 static double clip(void *opaque, double val)
 163 {
 164     LutContext *lut = opaque;
 165     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 166     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 167
 168     return av_clip(val, minval, maxval);
 169 }
 170
 171 /**
 172  * Compute gamma correction for value val, assuming the minval-maxval
 173  * range, val is clipped to a value contained in the same interval.
 174  */
 175 static double compute_gammaval(void *opaque, double gamma)
 176 {
 177     LutContext *lut = opaque;
 178     double val    = lut->var_values[VAR_CLIPVAL];
 179     double minval = lut->var_values[VAR_MINVAL];
 180     double maxval = lut->var_values[VAR_MAXVAL];
 181
 182     return pow((val-minval)/(maxval-minval), gamma) * (maxval-minval)+minval;
 183 }
 184
 185 static double (* const funcs1[])(void *, double) = {
 186     (void *)clip,
 187     (void *)compute_gammaval,
 188     NULL
 189 };
 190
 191 static const char * const funcs1_names[] = {
 192     "clip",
 193     "gammaval",
 194     NULL
 195 };
 196
 197 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
 198 {
 199     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 200     LutContext *lut = ctx->priv;
 201     const AVPixFmtDescriptor *desc = &av_pix_fmt_descriptors[inlink->format];
 202     int min[4], max[4];
 203     int val, comp, ret;
 204
 205     lut->hsub = desc->log2_chroma_w;
 206     lut->vsub = desc->log2_chroma_h;
 207
 208     lut->var_values[VAR_W] = inlink->w;
 209     lut->var_values[VAR_H] = inlink->h;
 210
 211     switch (inlink->format) {
 212     case PIX_FMT_YUV410P:
 213     case PIX_FMT_YUV411P:
 214     case PIX_FMT_YUV420P:
 215     case PIX_FMT_YUV422P:
 216     case PIX_FMT_YUV440P:
 217     case PIX_FMT_YUV444P:
 218     case PIX_FMT_YUVA420P:
 219         min[Y] = min[U] = min[V] = 16;
 220         max[Y] = 235;
 221         max[U] = max[V] = 240;
 222         min[A] = 0; max[A] = 255;
 223         break;
 224     default:
 225         min[0] = min[1] = min[2] = min[3] = 0;
 226         max[0] = max[1] = max[2] = max[3] = 255;
 227     }
 228
 229     lut->is_yuv = lut->is_rgb = 0;
 230     if      (ff_fmt_is_in(inlink->format, yuv_pix_fmts)) lut->is_yuv = 1;
 231     else if (ff_fmt_is_in(inlink->format, rgb_pix_fmts)) lut->is_rgb = 1;
 232
 233     if (lut->is_rgb) {
 234         switch (inlink->format) {
 235         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;
 236         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;
 237         case PIX_FMT_RGBA:
 238         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;
 239         case PIX_FMT_BGRA:
 240         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;
 241         }
 242         lut->step = av_get_bits_per_pixel(desc) >> 3;
 243     }
 244
 245     for (comp = 0; comp < desc->nb_components; comp++) {
 246         double res;
 247         int tcomp;
 248         if (lut->is_rgb) {
 249             for (tcomp = 0; lut->rgba_map[tcomp] != comp; tcomp++)
 250                 ;
 251         } else
 252             tcomp = comp;
 253         /* create the parsed expression */
 254         ret = av_expr_parse(&lut->comp_expr[comp], lut->comp_expr_str[comp],
 255                             var_names, funcs1_names, funcs1, NULL, NULL, 0, ctx);
 256         if (ret < 0) {
 257             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 258                    "Error when parsing the expression '%s' for the component %d.\n",
 259                    lut->comp_expr_str[comp], comp);
 260             return AVERROR(EINVAL);
 261         }
 262
 263         /* compute the lut */
 264         lut->var_values[VAR_MAXVAL] = max[comp];
 265         lut->var_values[VAR_MINVAL] = min[comp];
 266
 267         for (val = 0; val < 256; val++) {
 268             lut->var_values[VAR_VAL] = val;
 269             lut->var_values[VAR_CLIPVAL] = av_clip(val, min[comp], max[comp]);
 270             lut->var_values[VAR_NEGVAL] =
 271                 av_clip(min[comp] + max[comp] - lut->var_values[VAR_VAL],
 272                         min[comp], max[comp]);
 273
 274             res = av_expr_eval(lut->comp_expr[comp], lut->var_values, lut);
 275             if (isnan(res)) {
 276                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 277                        "Error when evaluating the expression '%s' for the value %d for the component #%d.\n",
 278                        lut->comp_expr_str[comp], val, comp);
 279                 return AVERROR(EINVAL);
 280             }
 281             lut->lut[tcomp][val] = av_clip((int)res, min[comp], max[comp]);
 282             av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "val[%d][%d] = %d\n", comp, val, lut->lut[tcomp][val]);
 283         }
 284     }
 285
 286     return 0;
 287 }
 288
 289 static void draw_slice(AVFilterLink *inlink, int y, int h, int slice_dir)
 290 {
 291     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 292     LutContext *lut = ctx->priv;
 293     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 294     AVFilterBufferRef *inpic  = inlink ->cur_buf;
 295     AVFilterBufferRef *outpic = outlink->out_buf;
 296     uint8_t *inrow, *outrow, *inrow0, *outrow0;
 297     int i, j, plane;
 298
 299     if (lut->is_rgb) {
 300         /* packed */
 301         inrow0  = inpic ->data[0] + y * inpic ->linesize[0];
 302         outrow0 = outpic->data[0] + y * outpic->linesize[0];
 303
 304         for (i = 0; i < h; i ++) {
 305             int w = inlink->w;
 306             const uint8_t (*tab)[256] = (const uint8_t (*)[256])lut->lut;
 307             inrow  = inrow0;
 308             outrow = outrow0;
 309             for (j = 0; j < w; j++) {
 310                 outrow[0] = tab[0][inrow[0]];
 311                 if (lut->step>1) {
 312                     outrow[1] = tab[1][inrow[1]];
 313                     if (lut->step>2) {
 314                         outrow[2] = tab[2][inrow[2]];
 315                         if (lut->step>3) {
 316                             outrow[3] = tab[3][inrow[3]];
 317                         }
 318                     }
 319                 }
 320                 outrow += lut->step;
 321                 inrow  += lut->step;
 322             }
 323             inrow0  += inpic ->linesize[0];
 324             outrow0 += outpic->linesize[0];
 325         }
 326     } else {
 327         /* planar */
 328         for (plane = 0; plane < 4 && inpic->data[plane]; plane++) {
 329             int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->vsub : 0;
 330             int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? lut->hsub : 0;
 331
 332             inrow  = inpic ->data[plane] + (y>>vsub) * inpic ->linesize[plane];
 333             outrow = outpic->data[plane] + (y>>vsub) * outpic->linesize[plane];
 334
 335             for (i = 0; i < h>>vsub; i ++) {
 336                 const uint8_t *tab = lut->lut[plane];
 337                 int w = inlink->w>>hsub;
 338                 for (j = 0; j < w; j++)
 339                     outrow[j] = tab[inrow[j]];
 340                 inrow  += inpic ->linesize[plane];
 341                 outrow += outpic->linesize[plane];
 342             }
 343         }
 344     }
 345
 346     avfilter_draw_slice(outlink, y, h, slice_dir);
 347 }
 348
 349 #define DEFINE_LUT_FILTER(name_, description_, init_)                   \
 350     AVFilter avfilter_vf_##name_ = {                                    \
 351         .name          = #name_,                                        \
 352         .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL(description_),            \
 353         .priv_size     = sizeof(LutContext),                            \
 354                                                                         \
 355         .init          = init_,                                         \
 356         .uninit        = uninit,                                        \
 357         .query_formats = query_formats,                                 \
 358                                                                         \
 359         .inputs    = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",   \
 360                                         .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, \
 361                                         .draw_slice      = draw_slice,  \
 362                                         .config_props    = config_props, \
 363                                         .min_perms       = AV_PERM_READ, }, \
 364                                       { .name = NULL}},                 \
 365         .outputs   = (const AVFilterPad[]) {{ .name      = "default",   \
 366                                         .type            = AVMEDIA_TYPE_VIDEO, }, \
 367                                       { .name = NULL}},                 \
 368     }
 369
 370 #if CONFIG_LUT_FILTER
 371 DEFINE_LUT_FILTER(lut,    "Compute and apply a lookup table to the RGB/YUV input video.", init);
 372 #endif
 373 #if CONFIG_LUTYUV_FILTER
 374 DEFINE_LUT_FILTER(lutyuv, "Compute and apply a lookup table to the YUV input video.",     init);
 375 #endif
 376 #if CONFIG_LUTRGB_FILTER
 377 DEFINE_LUT_FILTER(lutrgb, "Compute and apply a lookup table to the RGB input video.",     init);
 378 #endif
 379
 380 #if CONFIG_NEGATE_FILTER
 381
 382 static int negate_init(AVFilterContext *ctx, const char *args, void *opaque)
 383 {
 384     LutContext *lut = ctx->priv;
 385     char lut_params[64];
 386
 387     if (args)
 388         sscanf(args, "%d", &lut->negate_alpha);
 389
 390     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "negate_alpha:%d\n", lut->negate_alpha);
 391
 392     snprintf(lut_params, sizeof(lut_params), "c0=negval:c1=negval:c2=negval:a=%s",
 393              lut->negate_alpha ? "negval" : "val");
 394
 395     return init(ctx, lut_params, opaque);
 396 }
 397
 398 DEFINE_LUT_FILTER(negate, "Negate input video.", negate_init);
 399
 400 #endif