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 Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 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 GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along 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 "avfilter.h"
  33 #include "formats.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "vf_noise.h"
  36 #include "video.h"
  37
  38 typedef struct ThreadData {
  39     AVFrame *in, *out;
  40 } ThreadData;
  41
  42 #define OFFSET(x) offsetof(NoiseContext, x)
  43 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  44
  45 #define NOISE_PARAMS(name, x, param)                                                                                             \
  46     {#name"_seed", "set component #"#x" noise seed", OFFSET(param.seed), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=-1}, -1, INT_MAX, FLAGS},        \
  47     {#name"_strength", "set component #"#x" strength", OFFSET(param.strength), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 100, FLAGS},        \
  48     {#name"s",         "set component #"#x" strength", OFFSET(param.strength), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 100, FLAGS},        \
  49     {#name"_flags", "set component #"#x" flags", OFFSET(param.flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, 31, FLAGS, #name"_flags"}, \
  50     {#name"f", "set component #"#x" flags", OFFSET(param.flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, 31, FLAGS, #name"_flags"},      \
  51     {"a", "averaged noise", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_AVERAGED}, 0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  52     {"p", "(semi)regular pattern", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_PATTERN},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                     \
  53     {"t", "temporal noise", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_TEMPORAL}, 0, 0, FLAGS, #name"_flags"},                            \
  54     {"u", "uniform noise",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=NOISE_UNIFORM},  0, 0, FLAGS, #name"_flags"},
  55
  56 static const AVOption noise_options[] = {
  57     NOISE_PARAMS(all, 0, all)
  58     NOISE_PARAMS(c0,  0, param[0])
  59     NOISE_PARAMS(c1,  1, param[1])
  60     NOISE_PARAMS(c2,  2, param[2])
  61     NOISE_PARAMS(c3,  3, param[3])
  62     {NULL}
  63 };
  64
  65 AVFILTER_DEFINE_CLASS(noise);
  66
  67 static const int8_t patt[4] = { -1, 0, 1, 0 };
  68
  69 #define RAND_N(range) ((int) ((double) range * av_lfg_get(lfg) / (UINT_MAX + 1.0)))
  70 static av_cold int init_noise(NoiseContext *n, int comp)
  71 {
  72     int8_t *noise = av_malloc(MAX_NOISE * sizeof(int8_t));
  73     FilterParams *fp = &n->param[comp];
  74     AVLFG *lfg = &n->param[comp].lfg;
  75     int strength = fp->strength;
  76     int flags = fp->flags;
  77     int i, j;
  78
  79     if (!noise)
  80         return AVERROR(ENOMEM);
  81
  82     av_lfg_init(&fp->lfg, fp->seed + comp*31415U);
  83
  84     for (i = 0, j = 0; i < MAX_NOISE; i++, j++) {
  85         if (flags & NOISE_UNIFORM) {
  86             if (flags & NOISE_AVERAGED) {
  87                 if (flags & NOISE_PATTERN) {
  88                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 6
  89                         + patt[j % 4] * strength * 0.25 / 3;
  90                 } else {
  91                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 3;
  92                 }
  93             } else {
  94                 if (flags & NOISE_PATTERN) {
  95                     noise[i] = (RAND_N(strength) - strength / 2) / 2
  96                         + patt[j % 4] * strength * 0.25;
  97                 } else {
  98                     noise[i] = RAND_N(strength) - strength / 2;
  99                 }
 100             }
 101         } else {
 102             double x1, x2, w, y1;
 103             do {
 104                 x1 = 2.0 * av_lfg_get(lfg) / (float)UINT_MAX - 1.0;
 105                 x2 = 2.0 * av_lfg_get(lfg) / (float)UINT_MAX - 1.0;
 106                 w = x1 * x1 + x2 * x2;
 107             } while (w >= 1.0);
 108
 109             w   = sqrt((-2.0 * log(w)) / w);
 110             y1  = x1 * w;
 111             y1 *= strength / sqrt(3.0);
 112             if (flags & NOISE_PATTERN) {
 113                 y1 /= 2;
 114                 y1 += patt[j % 4] * strength * 0.35;
 115             }
 116             y1 = av_clipf(y1, -128, 127);
 117             if (flags & NOISE_AVERAGED)
 118                 y1 /= 3.0;
 119             noise[i] = (int)y1;
 120         }
 121         if (RAND_N(6) == 0)
 122             j--;
 123     }
 124
 125     for (i = 0; i < MAX_RES; i++)
 126         for (j = 0; j < 3; j++)
 127             fp->prev_shift[i][j] = noise + (av_lfg_get(lfg) & (MAX_SHIFT - 1));
 128
 129     fp->noise = noise;
 130     return 0;
 131 }
 132
 133 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 134 {
 135     AVFilterFormats *formats = NULL;
 136     int fmt;
 137
 138     for (fmt = 0; av_pix_fmt_desc_get(fmt); fmt++) {
 139         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(fmt);
 140         if (desc->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_PLANAR && !((desc->comp[0].depth_minus1 + 1) & 7))
 141             ff_add_format(&formats, fmt);
 142     }
 143
 144     return ff_set_common_formats(ctx, formats);
 145 }
 146
 147 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 148 {
 149     NoiseContext *n = inlink->dst->priv;
 150     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 151     int ret;
 152
 153     n->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 154
 155     if ((ret = av_image_fill_linesizes(n->bytewidth, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 156         return ret;
 157
 158     n->height[1] = n->height[2] = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 159     n->height[0] = n->height[3] = inlink->h;
 160
 161     return 0;
 162 }
 163
 164 void ff_line_noise_c(uint8_t *dst, const uint8_t *src, const int8_t *noise,
 165                      int len, int shift)
 166 {
 167     int i;
 168
 169     noise += shift;
 170     for (i = 0; i < len; i++) {
 171         int v = src[i] + noise[i];
 172
 173         dst[i] = av_clip_uint8(v);
 174     }
 175 }
 176
 177 void ff_line_noise_avg_c(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 178                          int len, const int8_t * const *shift)
 179 {
 180     int i;
 181     const int8_t *src2 = (const int8_t*)src;
 182
 183     for (i = 0; i < len; i++) {
 184         const int n = shift[0][i] + shift[1][i] + shift[2][i];
 185         dst[i] = src2[i] + ((n * src2[i]) >> 7);
 186     }
 187 }
 188
 189 static void noise(uint8_t *dst, const uint8_t *src,
 190                   int dst_linesize, int src_linesize,
 191                   int width, int start, int end, NoiseContext *n, int comp)
 192 {
 193     FilterParams *p = &n->param[comp];
 194     int8_t *noise = p->noise;
 195     const int flags = p->flags;
 196     int y;
 197
 198     if (!noise) {
 199         if (dst != src)
 200             av_image_copy_plane(dst, dst_linesize, src, src_linesize, width, end - start);
 201         return;
 202     }
 203
 204     for (y = start; y < end; y++) {
 205         const int ix = y & (MAX_RES - 1);
 206         int x;
 207         for (x=0; x < width; x+= MAX_RES) {
 208             int w = FFMIN(width - x, MAX_RES);
 209             int shift = p->rand_shift[ix];
 210
 211             if (flags & NOISE_AVERAGED) {
 212                 n->line_noise_avg(dst + x, src + x, w, (const int8_t**)p->prev_shift[ix]);
 213                 p->prev_shift[ix][shift & 3] = noise + shift;
 214             } else {
 215                 n->line_noise(dst + x, src + x, noise, w, shift);
 216             }
 217         }
 218         dst += dst_linesize;
 219         src += src_linesize;
 220     }
 221 }
 222
 223 static int filter_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 224 {
 225     NoiseContext *s = ctx->priv;
 226     ThreadData *td = arg;
 227     int plane;
 228
 229     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 230         const int height = s->height[plane];
 231         const int start  = (height *  jobnr   ) / nb_jobs;
 232         const int end    = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 233         noise(td->out->data[plane] + start * td->out->linesize[plane],
 234               td->in->data[plane]  + start * td->in->linesize[plane],
 235               td->out->linesize[plane], td->in->linesize[plane],
 236               s->bytewidth[plane], start, end, s, plane);
 237     }
 238     return 0;
 239 }
 240
 241 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *inpicref)
 242 {
 243     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 244     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 245     NoiseContext *n = ctx->priv;
 246     ThreadData td;
 247     AVFrame *out;
 248     int comp, i;
 249
 250     if (av_frame_is_writable(inpicref)) {
 251         out = inpicref;
 252     } else {
 253         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 254         if (!out) {
 255             av_frame_free(&inpicref);
 256             return AVERROR(ENOMEM);
 257         }
 258         av_frame_copy_props(out, inpicref);
 259     }
 260
 261     for (comp = 0; comp < 4; comp++) {
 262         FilterParams *fp = &n->param[comp];
 263
 264         if ((!fp->rand_shift_init || (fp->flags & NOISE_TEMPORAL)) && fp->strength) {
 265
 266             for (i = 0; i < MAX_RES; i++) {
 267                 fp->rand_shift[i] = av_lfg_get(&fp->lfg) & (MAX_SHIFT - 1);
 268             }
 269             fp->rand_shift_init = 1;
 270         }
 271     }
 272
 273     td.in = inpicref; td.out = out;
 274     ctx->internal->execute(ctx, filter_slice, &td, NULL, FFMIN(n->height[0], ctx->graph->nb_threads));
 275     emms_c();
 276
 277     if (inpicref != out)
 278         av_frame_free(&inpicref);
 279     return ff_filter_frame(outlink, out);
 280 }
 281
 282 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 283 {
 284     NoiseContext *n = ctx->priv;
 285     int ret, i;
 286
 287     for (i = 0; i < 4; i++) {
 288         if (n->all.seed >= 0)
 289             n->param[i].seed = n->all.seed;
 290         else
 291             n->param[i].seed = 123457;
 292         if (n->all.strength)
 293             n->param[i].strength = n->all.strength;
 294         if (n->all.flags)
 295             n->param[i].flags = n->all.flags;
 296     }
 297
 298     for (i = 0; i < 4; i++) {
 299         if (n->param[i].strength && ((ret = init_noise(n, i)) < 0))
 300             return ret;
 301     }
 302
 303     n->line_noise     = ff_line_noise_c;
 304     n->line_noise_avg = ff_line_noise_avg_c;
 305
 306     if (ARCH_X86)
 307         ff_noise_init_x86(n);
 308
 309     return 0;
 310 }
 311
 312 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 313 {
 314     NoiseContext *n = ctx->priv;
 315     int i;
 316
 317     for (i = 0; i < 4; i++)
 318         av_freep(&n->param[i].noise);
 319 }
 320
 321 static const AVFilterPad noise_inputs[] = {
 322     {
 323         .name         = "default",
 324         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 325         .filter_frame = filter_frame,
 326         .config_props = config_input,
 327     },
 328     { NULL }
 329 };
 330
 331 static const AVFilterPad noise_outputs[] = {
 332     {
 333         .name = "default",
 334         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 335     },
 336     { NULL }
 337 };
 338
 339 AVFilter ff_vf_noise = {
 340     .name          = "noise",
 341     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Add noise."),
 342     .priv_size     = sizeof(NoiseContext),
 343     .init          = init,
 344     .uninit        = uninit,
 345     .query_formats = query_formats,
 346     .inputs        = noise_inputs,
 347     .outputs       = noise_outputs,
 348     .priv_class    = &noise_class,
 349     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 350 };