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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2021 Paul B Mahol
   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 #include <float.h>
  22
  23 #include "libavutil/opt.h"
  24 #include "libavutil/imgutils.h"
  25 #include "avfilter.h"
  26 #include "formats.h"
  27 #include "internal.h"
  28 #include "video.h"
  29
  30 typedef struct MonochromeContext {
  31     const AVClass *class;
  32
  33     float b, r;
  34     float size;
  35     float high;
  36
  37     int depth;
  38     int subw, subh;
  39
  40     int (*do_slice)(AVFilterContext *s, void *arg,
  41                     int jobnr, int nb_jobs);
  42     int (*clear_uv)(AVFilterContext *s, void *arg,
  43                     int jobnr, int nb_jobs);
  44 } MonochromeContext;
  45
  46 static float envelope(const float x)
  47 {
  48     const float beta = 0.6f;
  49
  50     if (x < beta) {
  51         const float tmp = fabsf(x / beta - 1.f);
  52
  53         return 1.f - tmp * tmp;
  54     } else {
  55         const float tmp = (1.f - x) / (1.f - beta);
  56
  57         return tmp * tmp * (3.f - 2.f * tmp);
  58     }
  59 }
  60
  61 static float filter(float b, float r, float u, float v, float size)
  62 {
  63     return expf(-av_clipf(((b - u) * (b - u) +
  64                            (r - v) * (r - v)) *
  65                             size, 0.f, 1.f));
  66 }
  67
  68 #define PROCESS()                            \
  69     const int cx = x >> subw;                \
  70     float y = yptr[x] * imax;                \
  71     float u = uptr[cx] * imax - .5f;         \
  72     float v = vptr[cx] * imax - .5f;         \
  73     float tt, t, ny;                         \
  74                                              \
  75     ny = filter(b, r, u, v, size);           \
  76     tt = envelope(y);                        \
  77     t = tt + (1.f - tt) * ihigh;             \
  78     ny = (1.f - t) * y + t * ny * y;
  79
  80 static int monochrome_slice8(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
  81 {
  82     MonochromeContext *s = ctx->priv;
  83     AVFrame *frame = arg;
  84     const int depth = s->depth;
  85     const int subw = s->subw;
  86     const int subh = s->subh;
  87     const float max = (1 << depth) - 1;
  88     const float imax = 1.f / max;
  89     const int width = frame->width;
  90     const int height = frame->height;
  91     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
  92     const int slice_end = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
  93     const int ylinesize = frame->linesize[0];
  94     const int ulinesize = frame->linesize[1];
  95     const int vlinesize = frame->linesize[2];
  96     uint8_t *yptr = frame->data[0] + slice_start * ylinesize;
  97     const float ihigh = 1.f - s->high;
  98     const float size = 1.f / s->size;
  99     const float b = s->b * .5f;
 100     const float r = s->r * .5f;
 101
 102     for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 103         const int cy = y >> subh;
 104         uint8_t *uptr = frame->data[1] + cy * ulinesize;
 105         uint8_t *vptr = frame->data[2] + cy * vlinesize;
 106
 107         for (int x = 0; x < width; x++) {
 108             PROCESS()
 109
 110             yptr[x] = av_clip_uint8(ny * max);
 111         }
 112
 113         yptr += ylinesize;
 114     }
 115
 116     return 0;
 117 }
 118
 119 static int monochrome_slice16(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 120 {
 121     MonochromeContext *s = ctx->priv;
 122     AVFrame *frame = arg;
 123     const int depth = s->depth;
 124     const int subw = s->subw;
 125     const int subh = s->subh;
 126     const float max = (1 << depth) - 1;
 127     const float imax = 1.f / max;
 128     const int width = frame->width;
 129     const int height = frame->height;
 130     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 131     const int slice_end = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
 132     const int ylinesize = frame->linesize[0] / 2;
 133     const int ulinesize = frame->linesize[1] / 2;
 134     const int vlinesize = frame->linesize[2] / 2;
 135     uint16_t *yptr = (uint16_t *)frame->data[0] + slice_start * ylinesize;
 136     const float ihigh = 1.f - s->high;
 137     const float size = 1.f / s->size;
 138     const float b = s->b * .5f;
 139     const float r = s->r * .5f;
 140
 141     for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 142         const int cy = y >> subh;
 143         uint16_t *uptr = (uint16_t *)frame->data[1] + cy * ulinesize;
 144         uint16_t *vptr = (uint16_t *)frame->data[2] + cy * vlinesize;
 145
 146         for (int x = 0; x < width; x++) {
 147             PROCESS()
 148
 149             yptr[x] = av_clip_uintp2_c(ny * max, depth);
 150         }
 151
 152         yptr += ylinesize;
 153     }
 154
 155     return 0;
 156 }
 157
 158 static int clear_slice8(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 159 {
 160     MonochromeContext *s = ctx->priv;
 161     AVFrame *frame = arg;
 162     const int depth = s->depth;
 163     const int half = 1 << (depth - 1);
 164     const int subw = s->subw;
 165     const int subh = s->subh;
 166     const int width = AV_CEIL_RSHIFT(frame->width, subw);
 167     const int height = AV_CEIL_RSHIFT(frame->height, subh);
 168     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 169     const int slice_end = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
 170     const int ulinesize = frame->linesize[1];
 171     const int vlinesize = frame->linesize[2];
 172
 173     for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 174         uint8_t *uptr = frame->data[1] + y * ulinesize;
 175         uint8_t *vptr = frame->data[2] + y * vlinesize;
 176
 177         memset(uptr, half, width);
 178         memset(vptr, half, width);
 179     }
 180
 181     return 0;
 182 }
 183
 184 static int clear_slice16(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 185 {
 186     MonochromeContext *s = ctx->priv;
 187     AVFrame *frame = arg;
 188     const int depth = s->depth;
 189     const int half = 1 << (depth - 1);
 190     const int subw = s->subw;
 191     const int subh = s->subh;
 192     const int width = AV_CEIL_RSHIFT(frame->width, subw);
 193     const int height = AV_CEIL_RSHIFT(frame->height, subh);
 194     const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 195     const int slice_end = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
 196     const int ulinesize = frame->linesize[1] / 2;
 197     const int vlinesize = frame->linesize[2] / 2;
 198
 199     for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 200         uint16_t *uptr = (uint16_t *)frame->data[1] + y * ulinesize;
 201         uint16_t *vptr = (uint16_t *)frame->data[2] + y * vlinesize;
 202
 203         for (int x = 0; x < width; x++) {
 204             uptr[x] = half;
 205             vptr[x] = half;
 206         }
 207     }
 208
 209     return 0;
 210 }
 211
 212 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
 213 {
 214     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 215     MonochromeContext *s = ctx->priv;
 216
 217     ctx->internal->execute(ctx, s->do_slice, frame, NULL,
 218                            FFMIN(frame->height, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 219     ctx->internal->execute(ctx, s->clear_uv, frame, NULL,
 220                            FFMIN(frame->height >> s->subh, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 221
 222     return ff_filter_frame(ctx->outputs[0], frame);
 223 }
 224
 225 static av_cold int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 226 {
 227     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts[] = {
 228         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
 229         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
 230         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
 231         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 232         AV_PIX_FMT_YUVJ440P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 233         AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
 234         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
 235         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
 236         AV_PIX_FMT_YUV440P10,
 237         AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
 238         AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 239         AV_PIX_FMT_YUV444P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV420P14,
 240         AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 241         AV_PIX_FMT_YUVA420P,  AV_PIX_FMT_YUVA422P,   AV_PIX_FMT_YUVA444P,
 242         AV_PIX_FMT_YUVA444P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
 243         AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA422P16,
 244         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA420P16,
 245         AV_PIX_FMT_NONE
 246     };
 247
 248     AVFilterFormats *formats = NULL;
 249
 250     formats = ff_make_format_list(pixel_fmts);
 251     if (!formats)
 252         return AVERROR(ENOMEM);
 253
 254     return ff_set_common_formats(ctx, formats);
 255 }
 256
 257 static av_cold int config_input(AVFilterLink *inlink)
 258 {
 259     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 260     MonochromeContext *s = ctx->priv;
 261     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 262
 263     s->depth = desc->comp[0].depth;
 264     s->do_slice = s->depth <= 8 ? monochrome_slice8 : monochrome_slice16;
 265     s->clear_uv = s->depth <= 8 ? clear_slice8 : clear_slice16;
 266     s->subw = desc->log2_chroma_w;
 267     s->subh = desc->log2_chroma_h;
 268
 269     return 0;
 270 }
 271
 272 static const AVFilterPad monochrome_inputs[] = {
 273     {
 274         .name           = "default",
 275         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 276         .needs_writable = 1,
 277         .filter_frame   = filter_frame,
 278         .config_props   = config_input,
 279     },
 280     { NULL }
 281 };
 282
 283 static const AVFilterPad monochrome_outputs[] = {
 284     {
 285         .name = "default",
 286         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 287     },
 288     { NULL }
 289 };
 290
 291 #define OFFSET(x) offsetof(MonochromeContext, x)
 292 #define VF AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
 293
 294 static const AVOption monochrome_options[] = {
 295     { "cb",   "set the chroma blue spot",    OFFSET(b),    AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0},-1, 1, VF },
 296     { "cr",   "set the chroma red spot",     OFFSET(r),    AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0},-1, 1, VF },
 297     { "size", "set the color filter size",   OFFSET(size), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=1},.1,10, VF },
 298     { "high", "set the highlights strength", OFFSET(high), AV_OPT_TYPE_FLOAT, {.dbl=0}, 0, 1, VF },
 299     { NULL }
 300 };
 301
 302 AVFILTER_DEFINE_CLASS(monochrome);
 303
 304 AVFilter ff_vf_monochrome = {
 305     .name          = "monochrome",
 306     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert video to gray using custom color filter."),
 307     .priv_size     = sizeof(MonochromeContext),
 308     .priv_class    = &monochrome_class,
 309     .query_formats = query_formats,
 310     .inputs        = monochrome_inputs,
 311     .outputs       = monochrome_outputs,
 312     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 313     .process_command = ff_filter_process_command,
 314 };