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/lfg.h"
  30 #include "libavutil/parseutils.h"
  31 #include "libavutil/pixdesc.h"
  32 #include "libavutil/x86/asm.h"
  33 #include "avfilter.h"
  34 #include "formats.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "video.h"
  37
  38 #define MAX_NOISE 4096
  39 #define MAX_SHIFT 1024
  40 #define MAX_RES (MAX_NOISE-MAX_SHIFT)
  41
  42 #define NOISE_UNIFORM  1
  43 #define NOISE_TEMPORAL 2
  44 #define NOISE_AVERAGED 8
  45 #define NOISE_PATTERN  16
  46
  47 typedef struct {
  48     int strength;
  49     unsigned flags;
  50     int shiftptr;
  51     AVLFG lfg;
  52     int seed;
  53     int8_t *noise;
  54     int8_t *prev_shift[MAX_RES][3];
  55 } FilterParams;
  56
  57 typedef struct {
  58     const AVClass *class;
  59     int nb_planes;
  60     int linesize[4];
  61     int height[4];
  62     FilterParams all;
  63     FilterParams param[4];
  64     int rand_shift[MAX_RES];
  65     int rand_shift_init;
  66     void (*line_noise)(uint8_t *dst, const uint8_t *src, int8_t *noise, int len, int shift);
  67     void (*line_noise_avg)(uint8_t *dst, const uint8_t *src, int len, int8_t **shift);
  68 } NoiseContext;
  69
  70 #define OFFSET(x) offsetof(NoiseContext, x)
  71 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  72
  73 #define NOISE_PARAMS(name, x, param)                                                                                             \
  74     {#name"_seed", "set component #"#x" noise seed", OFFSET(param.seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=-1}, -1, INT_MAX, FLAGS},        \
  75     {#name"_strength", "set component #"#x" strength", OFFSET(param.strength), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 100, FLAGS},        \
  76     {#name"s",         "set component #"#x" strength", OFFSET(param.strength), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 100, FLAGS},        \
  77     {#name"_flags", "set component #"#x" flags", OFFSET(param.flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, 31, FLAGS, #name"_flags"}, \
  78     {#name"f", "set component #"#x" flags", OFFSET(param.flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, 31, FLAGS, #name"_flags"},      \
  79     {"a", "averaged noise", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_AVERAGED}, 0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  80     {"p", "(semi)regular pattern", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_PATTERN},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                     \
  81     {"t", "temporal noise", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_TEMPORAL}, 0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  82     {"u", "uniform noise",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_UNIFORM},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},
  83
  84 static const AVOption noise_options[] = {
  85     NOISE_PARAMS(all, 0, all)
  86     NOISE_PARAMS(c0,  0, param[0])
  87     NOISE_PARAMS(c1,  1, param[1])
  88     NOISE_PARAMS(c2,  2, param[2])
  89     NOISE_PARAMS(c3,  3, param[3])
  90     {NULL}
  91 };
  92
  93 AVFILTER_DEFINE_CLASS(noise);
  94
  95 static const int8_t patt[4] = { -1, 0, 1, 0 };
  96
  97 #define RAND_N(range) ((int) ((double) range * av_lfg_get(lfg) / (UINT_MAX + 1.0)))
  98 static int init_noise(NoiseContext *n, int comp)
  99 {
 100     int8_t *noise = av_malloc(MAX_NOISE * sizeof(int8_t));
 101     FilterParams *fp = &n->param[comp];
 102     AVLFG *lfg = &n->param[comp].lfg;
 103     int strength = fp->strength;
 104     int flags = fp->flags;
 105     int i, j;
 106
 107     if (!noise)
 108         return AVERROR(ENOMEM);
 109
 110     av_lfg_init(&fp->lfg, fp->seed);
 111
 112     for (i = 0, j = 0; i < MAX_NOISE; i++, j++) {
 113         if (flags & NOISE_UNIFORM) {
 114             if (flags & NOISE_AVERAGED) {
 115                 if (flags & NOISE_PATTERN) {
 116                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 6
 117                         + patt[j % 4] * strength * 0.25 / 3;
 118                 } else {
 119                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 3;
 120                 }
 121             } else {
 122                 if (flags & NOISE_PATTERN) {
 123                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 2
 124                         + patt[j % 4] * strength * 0.25;
 125                 } else {
 126                     noise[i] = RAND_N(strength) - strength / 2;
 127                 }
 128             }
 129         } else {
 130             double x1, x2, w, y1;
 131             do {
 132                 x1 = 2.0 * av_lfg_get(lfg) / (float)UINT_MAX - 1.0;
 133                 x2 = 2.0 * av_lfg_get(lfg) / (float)UINT_MAX - 1.0;
 134                 w = x1 * x1 + x2 * x2;
 135             } while (w >= 1.0);
 136
 137             w   = sqrt((-2.0 * log(w)) / w);
 138             y1  = x1 * w;
 139             y1 *= strength / sqrt(3.0);
 140             if (flags & NOISE_PATTERN) {
 141                 y1 /= 2;
 142                 y1 += patt[j % 4] * strength * 0.35;
 143             }
 144             y1 = av_clipf(y1, -128, 127);
 145             if (flags & NOISE_AVERAGED)
 146                 y1 /= 3.0;
 147             noise[i] = (int)y1;
 148         }
 149         if (RAND_N(6) == 0)
 150             j--;
 151     }
 152
 153     for (i = 0; i < MAX_RES; i++)
 154         for (j = 0; j < 3; j++)
 155             fp->prev_shift[i][j] = noise + (av_lfg_get(lfg) & (MAX_SHIFT - 1));
 156
 157     if (!n->rand_shift_init) {
 158         for (i = 0; i < MAX_RES; i++)
 159             n->rand_shift[i] = av_lfg_get(lfg) & (MAX_SHIFT - 1);
 160         n->rand_shift_init = 1;
 161     }
 162
 163     fp->noise = noise;
 164     fp->shiftptr = 0;
 165     return 0;
 166 }
 167
 168 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 169 {
 170     AVFilterFormats *formats = NULL;
 171     int fmt;
 172
 173     for (fmt = 0; fmt < AV_PIX_FMT_NB; fmt++) {
 174         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(fmt);
 175         if (desc->flags & PIX_FMT_PLANAR && !((desc->comp[0].depth_minus1 + 1) & 7))
 176             ff_add_format(&formats, fmt);
 177     }
 178
 179     ff_set_common_formats(ctx, formats);
 180     return 0;
 181 }
 182
 183 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 184 {
 185     NoiseContext *n = inlink->dst->priv;
 186     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 187     int i, ret;
 188
 189     for (i = 0; i < desc->nb_components; i++)
 190         n->nb_planes = FFMAX(n->nb_planes, desc->comp[i].plane);
 191     n->nb_planes++;
 192
 193     if ((ret = av_image_fill_linesizes(n->linesize, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 194         return ret;
 195
 196     n->height[1] = n->height[2] = inlink->h >> desc->log2_chroma_h;
 197     n->height[0] = n->height[3] = inlink->h;
 198
 199     return 0;
 200 }
 201
 202 static inline void line_noise_c(uint8_t *dst, const uint8_t *src, int8_t *noise,
 203                        int len, int shift)
 204 {
 205     int i;
 206
 207     noise += shift;
 208     for (i = 0; i < len; i++) {
 209         int v = src[i] + noise[i];
 210
 211         dst[i] = av_clip_uint8(v);
 212     }
 213 }
 214
 215 #define ASMALIGN(ZEROBITS) ".p2align " #ZEROBITS "\n\t"
 216
 217 static void line_noise_mmx(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 218                            int8_t *noise, int len, int shift)
 219 {
 220 #if HAVE_MMX_INLINE
 221     x86_reg mmx_len= len&(~7);
 222     noise+=shift;
 223
 224     __asm__ volatile(
 225             "mov %3, %%"REG_a"               \n\t"
 226             "pcmpeqb %%mm7, %%mm7            \n\t"
 227             "psllw $15, %%mm7                \n\t"
 228             "packsswb %%mm7, %%mm7           \n\t"
 229             ASMALIGN(4)
 230             "1:                              \n\t"
 231             "movq (%0, %%"REG_a"), %%mm0     \n\t"
 232             "movq (%1, %%"REG_a"), %%mm1     \n\t"
 233             "pxor %%mm7, %%mm0               \n\t"
 234             "paddsb %%mm1, %%mm0             \n\t"
 235             "pxor %%mm7, %%mm0               \n\t"
 236             "movq %%mm0, (%2, %%"REG_a")     \n\t"
 237             "add $8, %%"REG_a"               \n\t"
 238             " js 1b                          \n\t"
 239             :: "r" (src+mmx_len), "r" (noise+mmx_len), "r" (dst+mmx_len), "g" (-mmx_len)
 240             : "%"REG_a
 241     );
 242     if (mmx_len!=len)
 243         line_noise_c(dst+mmx_len, src+mmx_len, noise+mmx_len, len-mmx_len, 0);
 244 #endif
 245 }
 246
 247 static void line_noise_mmxext(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 248                               int8_t *noise, int len, int shift)
 249 {
 250 #if HAVE_MMXEXT_INLINE
 251     x86_reg mmx_len= len&(~7);
 252     noise+=shift;
 253
 254     __asm__ volatile(
 255             "mov %3, %%"REG_a"                \n\t"
 256             "pcmpeqb %%mm7, %%mm7             \n\t"
 257             "psllw $15, %%mm7                 \n\t"
 258             "packsswb %%mm7, %%mm7            \n\t"
 259             ASMALIGN(4)
 260             "1:                               \n\t"
 261             "movq (%0, %%"REG_a"), %%mm0      \n\t"
 262             "movq (%1, %%"REG_a"), %%mm1      \n\t"
 263             "pxor %%mm7, %%mm0                \n\t"
 264             "paddsb %%mm1, %%mm0              \n\t"
 265             "pxor %%mm7, %%mm0                \n\t"
 266             "movntq %%mm0, (%2, %%"REG_a")    \n\t"
 267             "add $8, %%"REG_a"                \n\t"
 268             " js 1b                           \n\t"
 269             :: "r" (src+mmx_len), "r" (noise+mmx_len), "r" (dst+mmx_len), "g" (-mmx_len)
 270             : "%"REG_a
 271             );
 272     if (mmx_len != len)
 273         line_noise_c(dst+mmx_len, src+mmx_len, noise+mmx_len, len-mmx_len, 0);
 274 #endif
 275 }
 276
 277 static inline void line_noise_avg_c(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 278                            int len, int8_t **shift)
 279 {
 280     int i;
 281     int8_t *src2 = (int8_t*)src;
 282
 283     for (i = 0; i < len; i++) {
 284         const int n = shift[0][i] + shift[1][i] + shift[2][i];
 285         dst[i] = src2[i] + ((n * src2[i]) >> 7);
 286     }
 287 }
 288
 289 static inline void line_noise_avg_mmx(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 290                                       int len, int8_t **shift)
 291 {
 292 #if HAVE_MMX_INLINE
 293     x86_reg mmx_len= len&(~7);
 294
 295     __asm__ volatile(
 296             "mov %5, %%"REG_a"              \n\t"
 297             ASMALIGN(4)
 298             "1:                             \n\t"
 299             "movq (%1, %%"REG_a"), %%mm1    \n\t"
 300             "movq (%0, %%"REG_a"), %%mm0    \n\t"
 301             "paddb (%2, %%"REG_a"), %%mm1   \n\t"
 302             "paddb (%3, %%"REG_a"), %%mm1   \n\t"
 303             "movq %%mm0, %%mm2              \n\t"
 304             "movq %%mm1, %%mm3              \n\t"
 305             "punpcklbw %%mm0, %%mm0         \n\t"
 306             "punpckhbw %%mm2, %%mm2         \n\t"
 307             "punpcklbw %%mm1, %%mm1         \n\t"
 308             "punpckhbw %%mm3, %%mm3         \n\t"
 309             "pmulhw %%mm0, %%mm1            \n\t"
 310             "pmulhw %%mm2, %%mm3            \n\t"
 311             "paddw %%mm1, %%mm1             \n\t"
 312             "paddw %%mm3, %%mm3             \n\t"
 313             "paddw %%mm0, %%mm1             \n\t"
 314             "paddw %%mm2, %%mm3             \n\t"
 315             "psrlw $8, %%mm1                \n\t"
 316             "psrlw $8, %%mm3                \n\t"
 317             "packuswb %%mm3, %%mm1          \n\t"
 318             "movq %%mm1, (%4, %%"REG_a")    \n\t"
 319             "add $8, %%"REG_a"              \n\t"
 320             " js 1b                         \n\t"
 321             :: "r" (src+mmx_len), "r" (shift[0]+mmx_len), "r" (shift[1]+mmx_len), "r" (shift[2]+mmx_len),
 322                "r" (dst+mmx_len), "g" (-mmx_len)
 323             : "%"REG_a
 324         );
 325
 326     if (mmx_len != len){
 327         int8_t *shift2[3]={shift[0]+mmx_len, shift[1]+mmx_len, shift[2]+mmx_len};
 328         line_noise_avg_c(dst+mmx_len, src+mmx_len, len-mmx_len, shift2);
 329     }
 330 #endif
 331 }
 332
 333 static void noise(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 334                   int dst_linesize, int src_linesize,
 335                   int width, int height, NoiseContext *n, int comp)
 336 {
 337     int8_t *noise = n->param[comp].noise;
 338     int flags = n->param[comp].flags;
 339     AVLFG *lfg = &n->param[comp].lfg;
 340     int shift, y;
 341
 342     if (!noise) {
 343         if (dst != src) {
 344             for (y = 0; y < height; y++) {
 345                 memcpy(dst, src, width);
 346                 dst += dst_linesize;
 347                 src += src_linesize;
 348             }
 349         }
 350
 351         return;
 352     }
 353
 354     for (y = 0; y < height; y++) {
 355         if (flags & NOISE_TEMPORAL)
 356             shift = av_lfg_get(lfg) & (MAX_SHIFT - 1);
 357         else
 358             shift = n->rand_shift[y];
 359
 360         if (flags & NOISE_AVERAGED) {
 361             n->line_noise_avg(dst, src, width, n->param[comp].prev_shift[y]);
 362             n->param[comp].prev_shift[y][n->param[comp].shiftptr] = noise + shift;
 363         } else {
 364             n->line_noise(dst, src, noise, width, shift);
 365         }
 366         dst += dst_linesize;
 367         src += src_linesize;
 368     }
 369
 370     n->param[comp].shiftptr++;
 371     if (n->param[comp].shiftptr == 3)
 372         n->param[comp].shiftptr = 0;
 373 }
 374
 375 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *inpicref)
 376 {
 377     NoiseContext *n = inlink->dst->priv;
 378     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 379     AVFrame *out;
 380     int i;
 381
 382     if (av_frame_is_writable(inpicref)) {
 383         out = inpicref;
 384     } else {
 385         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 386         if (!out) {
 387             av_frame_free(&inpicref);
 388             return AVERROR(ENOMEM);
 389         }
 390         av_frame_copy_props(out, inpicref);
 391     }
 392
 393     for (i = 0; i < n->nb_planes; i++)
 394         noise(out->data[i], inpicref->data[i], out->linesize[i],
 395               inpicref->linesize[i], n->linesize[i], n->height[i], n, i);
 396     emms_c();
 397
 398     if (inpicref != out)
 399         av_frame_free(&inpicref);
 400     return ff_filter_frame(outlink, out);
 401 }
 402
 403 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 404 {
 405     NoiseContext *n = ctx->priv;
 406     int ret, i;
 407     int cpu_flags = av_get_cpu_flags();
 408
 409     for (i = 0; i < 4; i++) {
 410         if (n->all.seed >= 0)
 411             n->param[i].seed = n->all.seed;
 412         else
 413             n->param[i].seed = 123457;
 414         if (n->all.strength)
 415             n->param[i].strength = n->all.strength;
 416         if (n->all.flags)
 417             n->param[i].flags = n->all.flags;
 418     }
 419
 420     for (i = 0; i < 4; i++) {
 421         if (n->param[i].strength && ((ret = init_noise(n, i)) < 0))
 422             return ret;
 423     }
 424
 425     if (HAVE_MMX_INLINE &&
 426         cpu_flags & AV_CPU_FLAG_MMX) {
 427         n->line_noise = line_noise_mmx;
 428         n->line_noise_avg = line_noise_avg_mmx;
 429     }
 430     if (HAVE_MMXEXT_INLINE &&
 431         cpu_flags & AV_CPU_FLAG_MMXEXT)
 432         n->line_noise = line_noise_mmxext;
 433
 434     return 0;
 435 }
 436
 437 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 438 {
 439     NoiseContext *n = ctx->priv;
 440     int i;
 441
 442     for (i = 0; i < 4; i++)
 443         av_freep(&n->param[i].noise);
 444 }
 445
 446 static const AVFilterPad noise_inputs[] = {
 447     {
 448         .name             = "default",
 449         .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 450         .filter_frame     = filter_frame,
 451         .config_props     = config_input,
 452     },
 453     { NULL }
 454 };
 455
 456 static const AVFilterPad noise_outputs[] = {
 457     {
 458         .name          = "default",
 459         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 460     },
 461     { NULL }
 462 };
 463
 464 AVFilter avfilter_vf_noise = {
 465     .name          = "noise",
 466     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Add noise."),
 467     .priv_size     = sizeof(NoiseContext),
 468     .init          = init,
 469     .uninit        = uninit,
 470     .query_formats = query_formats,
 471     .inputs        = noise_inputs,
 472     .outputs       = noise_outputs,
 473     .priv_class    = &noise_class,
 474     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE,
 475 };