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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2002 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   3  * Copyright (c) 2013 Paul B Mahol
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15  * GNU General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  18  * with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * noise generator
  25  */
  26
  27 #include "libavutil/opt.h"
  28 #include "libavutil/imgutils.h"
  29 #include "libavutil/parseutils.h"
  30 #include "libavutil/pixdesc.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "formats.h"
  33 #include "internal.h"
  34 #include "video.h"
  35
  36 #define MAX_NOISE 4096
  37 #define MAX_SHIFT 1024
  38 #define MAX_RES (MAX_NOISE-MAX_SHIFT)
  39
  40 #define NOISE_UNIFORM  1
  41 #define NOISE_TEMPORAL 2
  42 #define NOISE_QUALITY  4
  43 #define NOISE_AVERAGED 8
  44 #define NOISE_PATTERN  16
  45
  46 typedef struct {
  47     int strength;
  48     unsigned flags;
  49     int shiftptr;
  50     int seed;
  51     int8_t *noise;
  52     int8_t *prev_shift[MAX_RES][3];
  53 } FilterParams;
  54
  55 typedef struct {
  56     const AVClass *class;
  57     int nb_planes;
  58     int linesize[4];
  59     int height[4];
  60     FilterParams all;
  61     FilterParams param[4];
  62     int rand_shift[MAX_RES];
  63     int rand_shift_init;
  64 } NoiseContext;
  65
  66 #define OFFSET(x) offsetof(NoiseContext, x)
  67 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  68
  69 #define NOISE_PARAMS(name, x, param)                                                                                             \
  70     {#name"_seed", "set component #"#x" noise seed", OFFSET(param.seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=-1}, -1, INT_MAX, FLAGS},        \
  71     {#name"_strength", "set component #"#x" strength", OFFSET(param.strength), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 100, FLAGS},        \
  72     {#name"s",         "set component #"#x" strength", OFFSET(param.strength), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 100, FLAGS},        \
  73     {#name"_flags", "set component #"#x" flags", OFFSET(param.flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, 31, FLAGS, #name"_flags"}, \
  74     {#name"f", "set component #"#x" flags", OFFSET(param.flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, 31, FLAGS, #name"_flags"},      \
  75     {"a", "averaged noise", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_AVERAGED}, 0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  76     {"p", "(semi)regular pattern", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_PATTERN},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                     \
  77     {"q", "high quality",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_QUALITY},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  78     {"t", "temporal noise", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_TEMPORAL}, 0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  79     {"u", "uniform noise",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_UNIFORM},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},
  80
  81 static const AVOption noise_options[] = {
  82     NOISE_PARAMS(all, 0, all)
  83     NOISE_PARAMS(c0,  0, param[0])
  84     NOISE_PARAMS(c1,  1, param[1])
  85     NOISE_PARAMS(c2,  2, param[2])
  86     NOISE_PARAMS(c3,  3, param[3])
  87     {NULL}
  88 };
  89
  90 AVFILTER_DEFINE_CLASS(noise);
  91
  92 static const int8_t patt[4] = { -1, 0, 1, 0 };
  93
  94 #define RAND_N(range) ((int) ((double) range * rand() / (RAND_MAX + 1.0)))
  95 static int init_noise(NoiseContext *n, int comp)
  96 {
  97     int8_t *noise = av_malloc(MAX_NOISE * sizeof(int8_t));
  98     FilterParams *fp = &n->param[comp];
  99     int strength = fp->strength;
 100     int flags = fp->flags;
 101     int i, j;
 102
 103     if (!noise)
 104         return AVERROR(ENOMEM);
 105
 106     srand(fp->seed);
 107
 108     for (i = 0, j = 0; i < MAX_NOISE; i++, j++) {
 109         if (flags & NOISE_UNIFORM) {
 110             if (flags & NOISE_AVERAGED) {
 111                 if (flags & NOISE_PATTERN) {
 112                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 6
 113                         + patt[j % 4] * strength * 0.25 / 3;
 114                 } else {
 115                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 3;
 116                 }
 117             } else {
 118                 if (flags & NOISE_PATTERN) {
 119                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 2
 120                         + patt[j % 4] * strength * 0.25;
 121                 } else {
 122                     noise[i] = RAND_N(strength) - strength / 2;
 123                 }
 124             }
 125         } else {
 126             double x1, x2, w, y1;
 127             do {
 128                 x1 = 2.0 * rand() / (float)RAND_MAX - 1.0;
 129                 x2 = 2.0 * rand() / (float)RAND_MAX - 1.0;
 130                 w = x1 * x1 + x2 * x2;
 131             } while (w >= 1.0);
 132
 133             w   = sqrt((-2.0 * log(w)) / w);
 134             y1  = x1 * w;
 135             y1 *= strength / sqrt(3.0);
 136             if (flags & NOISE_PATTERN) {
 137                 y1 /= 2;
 138                 y1 += patt[j % 4] * strength * 0.35;
 139             }
 140             y1 = av_clipf(y1, -128, 127);
 141             if (flags & NOISE_AVERAGED)
 142                 y1 /= 3.0;
 143             noise[i] = (int)y1;
 144         }
 145         if (RAND_N(6) == 0)
 146             j--;
 147     }
 148
 149     for (i = 0; i < MAX_RES; i++)
 150         for (j = 0; j < 3; j++)
 151             fp->prev_shift[i][j] = noise + (rand() & (MAX_SHIFT - 1));
 152
 153     if (!n->rand_shift_init) {
 154         for (i = 0; i < MAX_RES; i++)
 155             n->rand_shift[i] = rand() & (MAX_SHIFT - 1);
 156         n->rand_shift_init = 1;
 157     }
 158
 159     fp->noise = noise;
 160     fp->shiftptr = 0;
 161     return 0;
 162 }
 163
 164 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
 165 {
 166     NoiseContext *n = ctx->priv;
 167     int ret, i;
 168
 169     n->class = &noise_class;
 170     av_opt_set_defaults(n);
 171
 172     if ((ret = av_set_options_string(n, args, "=", ":")) < 0)
 173         return ret;
 174
 175     for (i = 0; i < 4; i++) {
 176         if (n->all.seed >= 0)
 177             n->param[i].seed = n->all.seed;
 178         else
 179             n->param[i].seed = 123457;
 180         if (n->all.strength)
 181             n->param[i].strength = n->all.strength;
 182         if (n->all.flags)
 183             n->param[i].flags = n->all.flags;
 184     }
 185
 186     for (i = 0; i < 4; i++) {
 187         if (n->param[i].strength && ((ret = init_noise(n, i)) < 0))
 188             return ret;
 189     }
 190
 191     return 0;
 192 }
 193
 194 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 195 {
 196     AVFilterFormats *formats = NULL;
 197     int fmt;
 198
 199     for (fmt = 0; fmt < AV_PIX_FMT_NB; fmt++) {
 200         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(fmt);
 201         if (desc->flags & PIX_FMT_PLANAR && !((desc->comp[0].depth_minus1 + 1) & 7))
 202             ff_add_format(&formats, fmt);
 203     }
 204
 205     ff_set_common_formats(ctx, formats);
 206     return 0;
 207 }
 208
 209 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 210 {
 211     NoiseContext *n = inlink->dst->priv;
 212     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 213     int i, ret;
 214
 215     for (i = 0; i < desc->nb_components; i++)
 216         n->nb_planes = FFMAX(n->nb_planes, desc->comp[i].plane);
 217     n->nb_planes++;
 218
 219     if ((ret = av_image_fill_linesizes(n->linesize, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 220         return ret;
 221
 222     n->height[1] = n->height[2] = inlink->h >> desc->log2_chroma_h;
 223     n->height[0] = n->height[3] = inlink->h;
 224
 225     return 0;
 226 }
 227
 228 static void line_noise(uint8_t *dst, const uint8_t *src, int8_t *noise,
 229                        int len, int shift)
 230 {
 231     int i;
 232
 233     noise += shift;
 234     for (i = 0; i < len; i++) {
 235         int v = src[i] + noise[i];
 236
 237         dst[i] = av_clip_uint8(v);
 238     }
 239 }
 240
 241 static void line_noise_avg(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 242                            int len, int8_t **shift)
 243 {
 244     int i;
 245     int8_t *src2 = (int8_t*)src;
 246
 247     for (i = 0; i < len; i++) {
 248         const int n = shift[0][i] + shift[1][i] + shift[2][i];
 249         dst[i] = src2[i] + ((n * src2[i]) >> 7);
 250     }
 251 }
 252
 253 static void noise(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 254                   int dst_linesize, int src_linesize,
 255                   int width, int height, NoiseContext *n, int comp)
 256 {
 257     int8_t *noise = n->param[comp].noise;
 258     int flags = n->param[comp].flags;
 259     int shift, y;
 260
 261     if (!noise) {
 262         if (dst != src) {
 263             for (y = 0; y < height; y++) {
 264                 memcpy(dst, src, width);
 265                 dst += dst_linesize;
 266                 src += src_linesize;
 267             }
 268         }
 269
 270         return;
 271     }
 272
 273     for (y = 0; y < height; y++) {
 274         if (flags & NOISE_TEMPORAL)
 275             shift = rand() & (MAX_SHIFT - 1);
 276         else
 277             shift = n->rand_shift[y];
 278
 279         if (!(flags & NOISE_QUALITY))
 280             shift &= ~7;
 281
 282         if (flags & NOISE_AVERAGED) {
 283             line_noise_avg(dst, src, width, n->param[comp].prev_shift[y]);
 284             n->param[comp].prev_shift[y][n->param[comp].shiftptr] = noise + shift;
 285         } else {
 286             line_noise(dst, src, noise, width, shift);
 287         }
 288         dst += dst_linesize;
 289         src += src_linesize;
 290     }
 291
 292     n->param[comp].shiftptr++;
 293     if (n->param[comp].shiftptr == 3)
 294         n->param[comp].shiftptr = 0;
 295 }
 296
 297 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFilterBufferRef *inpicref)
 298 {
 299     NoiseContext *n = inlink->dst->priv;
 300     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 301     AVFilterBufferRef *out;
 302     int ret, i;
 303
 304     if (inpicref->perms & AV_PERM_WRITE) {
 305         out = inpicref;
 306     } else {
 307         out = ff_get_video_buffer(outlink, AV_PERM_WRITE, outlink->w, outlink->h);
 308         if (!out) {
 309             avfilter_unref_bufferp(&inpicref);
 310             return AVERROR(ENOMEM);
 311         }
 312         avfilter_copy_buffer_ref_props(out, inpicref);
 313     }
 314
 315     for (i = 0; i < n->nb_planes; i++)
 316         noise(out->data[i], inpicref->data[i], out->linesize[i],
 317               inpicref->linesize[i], n->linesize[i], n->height[i], n, i);
 318
 319     ret = ff_filter_frame(outlink, out);
 320     if (inpicref != out)
 321         avfilter_unref_buffer(inpicref);
 322     return ret;
 323 }
 324
 325 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 326 {
 327     NoiseContext *n = ctx->priv;
 328     int i;
 329
 330     for (i = 0; i < 4; i++)
 331         av_freep(&n->param[i].noise);
 332     av_opt_free(n);
 333 }
 334
 335 static const AVFilterPad noise_inputs[] = {
 336     {
 337         .name             = "default",
 338         .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 339         .get_video_buffer = ff_null_get_video_buffer,
 340         .filter_frame     = filter_frame,
 341         .config_props     = config_input,
 342         .min_perms        = AV_PERM_READ,
 343     },
 344     { NULL }
 345 };
 346
 347 static const AVFilterPad noise_outputs[] = {
 348     {
 349         .name          = "default",
 350         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 351     },
 352     { NULL }
 353 };
 354
 355 AVFilter avfilter_vf_noise = {
 356     .name          = "noise",
 357     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Add noise."),
 358     .priv_size     = sizeof(NoiseContext),
 359     .init          = init,
 360     .uninit        = uninit,
 361     .query_formats = query_formats,
 362     .inputs        = noise_inputs,
 363     .outputs       = noise_outputs,
 364     .priv_class    = &noise_class,
 365 };