git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/vf_perspective.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 #include "libavutil/eval.h"
  23 #include "libavutil/imgutils.h"
  24 #include "libavutil/pixdesc.h"
  25 #include "libavutil/opt.h"
  26 #include "avfilter.h"
  27 #include "formats.h"
  28 #include "internal.h"
  29 #include "video.h"
  30
  31 #define SUB_PIXEL_BITS  8
  32 #define SUB_PIXELS      (1 << SUB_PIXEL_BITS)
  33 #define COEFF_BITS      11
  34
  35 #define LINEAR 0
  36 #define CUBIC  1
  37
  38 typedef struct PerspectiveContext {
  39     const AVClass *class;
  40     char *expr_str[4][2];
  41     double ref[4][2];
  42     int32_t (*pv)[2];
  43     int32_t coeff[SUB_PIXELS][4];
  44     int interpolation;
  45     int linesize[4];
  46     int height[4];
  47     int hsub, vsub;
  48     int nb_planes;
  49
  50     int (*perspective)(AVFilterContext *ctx,
  51                        void *arg, int job, int nb_jobs);
  52 } PerspectiveContext;
  53
  54 #define OFFSET(x) offsetof(PerspectiveContext, x)
  55 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  56
  57 static const AVOption perspective_options[] = {
  58     { "x0", "set top left x coordinate",     OFFSET(expr_str[0][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  59     { "y0", "set top left y coordinate",     OFFSET(expr_str[0][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  60     { "x1", "set top right x coordinate",    OFFSET(expr_str[1][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="W"}, 0, 0, FLAGS },
  61     { "y1", "set top right y coordinate",    OFFSET(expr_str[1][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  62     { "x2", "set bottom left x coordinate",  OFFSET(expr_str[2][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  63     { "y2", "set bottom left y coordinate",  OFFSET(expr_str[2][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="H"}, 0, 0, FLAGS },
  64     { "x3", "set bottom right x coordinate", OFFSET(expr_str[3][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="W"}, 0, 0, FLAGS },
  65     { "y3", "set bottom right y coordinate", OFFSET(expr_str[3][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="H"}, 0, 0, FLAGS },
  66     { "interpolation", "set interpolation", OFFSET(interpolation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LINEAR}, 0, 1, FLAGS, "interpolation" },
  67     {      "linear", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "interpolation" },
  68     {       "cubic", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CUBIC},  0, 0, FLAGS, "interpolation" },
  69     { NULL }
  70 };
  71
  72 AVFILTER_DEFINE_CLASS(perspective);
  73
  74 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  75 {
  76     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  77         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P,
  78         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
  79         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  80         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE
  81     };
  82
  83     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
  84     return 0;
  85 }
  86
  87 static inline double get_coeff(double d)
  88 {
  89     double coeff, A = -0.60;
  90
  91     d = fabs(d);
  92
  93     if (d < 1.0)
  94         coeff = (1.0 - (A + 3.0) * d * d + (A + 2.0) * d * d * d);
  95     else if (d < 2.0)
  96         coeff = (-4.0 * A + 8.0 * A * d - 5.0 * A * d * d + A * d * d * d);
  97     else
  98         coeff = 0.0;
  99
 100     return coeff;
 101 }
 102
 103 static const char *const var_names[] = {   "W",   "H",        NULL };
 104 enum                                   { VAR_W, VAR_H, VAR_VARS_NB };
 105
 106 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 107 {
 108     double x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, q;
 109     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 110     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 111     double (*ref)[2] = s->ref;
 112     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 113     double values[VAR_VARS_NB] = { [VAR_W] = inlink->w, [VAR_H] = inlink->h };
 114     int h = inlink->h;
 115     int w = inlink->w;
 116     int x, y, i, j, ret;
 117
 118     for (i = 0; i < 4; i++) {
 119         for (j = 0; j < 2; j++) {
 120             if (!s->expr_str[i][j])
 121                 return AVERROR(EINVAL);
 122             ret = av_expr_parse_and_eval(&s->ref[i][j], s->expr_str[i][j],
 123                                          var_names, &values[0],
 124                                          NULL, NULL, NULL, NULL,
 125                                          0, 0, ctx);
 126             if (ret < 0)
 127                 return ret;
 128         }
 129     }
 130
 131     s->hsub = desc->log2_chroma_w;
 132     s->vsub = desc->log2_chroma_h;
 133     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 134     if ((ret = av_image_fill_linesizes(s->linesize, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 135         return ret;
 136
 137     s->height[1] = s->height[2] = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 138     s->height[0] = s->height[3] = inlink->h;
 139
 140     s->pv = av_realloc_f(s->pv, w * h, 2 * sizeof(*s->pv));
 141     if (!s->pv)
 142         return AVERROR(ENOMEM);
 143
 144     x6 = ((ref[0][0] - ref[1][0] - ref[2][0] + ref[3][0]) *
 145           (ref[2][1] - ref[3][1]) -
 146          ( ref[0][1] - ref[1][1] - ref[2][1] + ref[3][1]) *
 147           (ref[2][0] - ref[3][0])) * h;
 148     x7 = ((ref[0][1] - ref[1][1] - ref[2][1] + ref[3][1]) *
 149           (ref[1][0] - ref[3][0]) -
 150          ( ref[0][0] - ref[1][0] - ref[2][0] + ref[3][0]) *
 151           (ref[1][1] - ref[3][1])) * w;
 152     q =  ( ref[1][0] - ref[3][0]) * (ref[2][1] - ref[3][1]) -
 153          ( ref[2][0] - ref[3][0]) * (ref[1][1] - ref[3][1]);
 154
 155     x0 = q * (ref[1][0] - ref[0][0]) * h + x6 * ref[1][0];
 156     x1 = q * (ref[2][0] - ref[0][0]) * w + x7 * ref[2][0];
 157     x2 = q *  ref[0][0] * w * h;
 158     x3 = q * (ref[1][1] - ref[0][1]) * h + x6 * ref[1][1];
 159     x4 = q * (ref[2][1] - ref[0][1]) * w + x7 * ref[2][1];
 160     x5 = q *  ref[0][1] * w * h;
 161
 162     for (y = 0; y < h; y++){
 163         for (x = 0; x < w; x++){
 164             int u, v;
 165
 166             u = (int)floor(SUB_PIXELS * (x0 * x + x1 * y + x2) /
 167                                         (x6 * x + x7 * y + q * w * h) + 0.5);
 168             v = (int)floor(SUB_PIXELS * (x3 * x + x4 * y + x5) /
 169                                         (x6 * x + x7 * y + q * w * h) + 0.5);
 170
 171             s->pv[x + y * w][0] = u;
 172             s->pv[x + y * w][1] = v;
 173         }
 174     }
 175
 176     for (i = 0; i < SUB_PIXELS; i++){
 177         double d = i / (double)SUB_PIXELS;
 178         double temp[4];
 179         double sum = 0;
 180
 181         for (j = 0; j < 4; j++)
 182             temp[j] = get_coeff(j - d - 1);
 183
 184         for (j = 0; j < 4; j++)
 185             sum += temp[j];
 186
 187         for (j = 0; j < 4; j++)
 188             s->coeff[i][j] = (int)floor((1 << COEFF_BITS) * temp[j] / sum + 0.5);
 189     }
 190
 191     return 0;
 192 }
 193
 194 typedef struct ThreadData {
 195     uint8_t *dst;
 196     int dst_linesize;
 197     uint8_t *src;
 198     int src_linesize;
 199     int w, h;
 200     int hsub, vsub;
 201 } ThreadData;
 202
 203 static int resample_cubic(AVFilterContext *ctx, void *arg,
 204                           int job, int nb_jobs)
 205 {
 206     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 207     ThreadData *td = arg;
 208     uint8_t *dst = td->dst;
 209     int dst_linesize = td->dst_linesize;
 210     uint8_t *src = td->src;
 211     int src_linesize = td->src_linesize;
 212     int w = td->w;
 213     int h = td->h;
 214     int hsub = td->hsub;
 215     int vsub = td->vsub;
 216     int start = (h * job) / nb_jobs;
 217     int end   = (h * (job+1)) / nb_jobs;
 218     const int linesize = s->linesize[0];
 219     int x, y;
 220
 221     for (y = start; y < end; y++) {
 222         int sy = y << vsub;
 223         for (x = 0; x < w; x++) {
 224             int u, v, subU, subV, sum, sx;
 225
 226             sx   = x << hsub;
 227             u    = s->pv[sx + sy * linesize][0] >> hsub;
 228             v    = s->pv[sx + sy * linesize][1] >> vsub;
 229             subU = u & (SUB_PIXELS - 1);
 230             subV = v & (SUB_PIXELS - 1);
 231             u  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 232             v  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 233
 234             if (u > 0 && v > 0 && u < w - 2 && v < h - 2){
 235                 const int index = u + v*src_linesize;
 236                 const int a = s->coeff[subU][0];
 237                 const int b = s->coeff[subU][1];
 238                 const int c = s->coeff[subU][2];
 239                 const int d = s->coeff[subU][3];
 240
 241                 sum = s->coeff[subV][0] * (a * src[index - 1 -     src_linesize] + b * src[index - 0 -     src_linesize]  +
 242                                       c *      src[index + 1 -     src_linesize] + d * src[index + 2 -     src_linesize]) +
 243                       s->coeff[subV][1] * (a * src[index - 1                   ] + b * src[index - 0                   ]  +
 244                                       c *      src[index + 1                   ] + d * src[index + 2                   ]) +
 245                       s->coeff[subV][2] * (a * src[index - 1 +     src_linesize] + b * src[index - 0 +     src_linesize]  +
 246                                       c *      src[index + 1 +     src_linesize] + d * src[index + 2 +     src_linesize]) +
 247                       s->coeff[subV][3] * (a * src[index - 1 + 2 * src_linesize] + b * src[index - 0 + 2 * src_linesize]  +
 248                                       c *      src[index + 1 + 2 * src_linesize] + d * src[index + 2 + 2 * src_linesize]);
 249             } else {
 250                 int dx, dy;
 251
 252                 sum = 0;
 253
 254                 for (dy = 0; dy < 4; dy++) {
 255                     int iy = v + dy - 1;
 256
 257                     if (iy < 0)
 258                         iy = 0;
 259                     else if (iy >= h)
 260                         iy = h-1;
 261                     for (dx = 0; dx < 4; dx++) {
 262                         int ix = u + dx - 1;
 263
 264                         if (ix < 0)
 265                             ix = 0;
 266                         else if (ix >= w)
 267                             ix = w - 1;
 268
 269                         sum += s->coeff[subU][dx] * s->coeff[subV][dy] * src[ ix + iy * src_linesize];
 270                     }
 271                 }
 272             }
 273
 274             sum = (sum + (1<<(COEFF_BITS * 2 - 1))) >> (COEFF_BITS * 2);
 275             sum = av_clip(sum, 0, 255);
 276             dst[x + y * dst_linesize] = sum;
 277         }
 278     }
 279     return 0;
 280 }
 281
 282 static int resample_linear(AVFilterContext *ctx, void *arg,
 283                            int job, int nb_jobs)
 284 {
 285     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 286     ThreadData *td = arg;
 287     uint8_t *dst = td->dst;
 288     int dst_linesize = td->dst_linesize;
 289     uint8_t *src = td->src;
 290     int src_linesize = td->src_linesize;
 291     int w = td->w;
 292     int h = td->h;
 293     int hsub = td->hsub;
 294     int vsub = td->vsub;
 295     int start = (h * job) / nb_jobs;
 296     int end   = (h * (job+1)) / nb_jobs;
 297     const int linesize = s->linesize[0];
 298     int x, y;
 299
 300     for (y = start; y < end; y++){
 301         int sy = y << vsub;
 302         for (x = 0; x < w; x++){
 303             int u, v, subU, subV, sum, sx, index, subUI, subVI;
 304
 305             sx   = x << hsub;
 306             u    = s->pv[sx + sy * linesize][0] >> hsub;
 307             v    = s->pv[sx + sy * linesize][1] >> vsub;
 308             subU = u & (SUB_PIXELS - 1);
 309             subV = v & (SUB_PIXELS - 1);
 310             u  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 311             v  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 312
 313             index = u + v * src_linesize;
 314             subUI = SUB_PIXELS - subU;
 315             subVI = SUB_PIXELS - subV;
 316
 317             if ((unsigned)u < (unsigned)(w - 1)){
 318                 if((unsigned)v < (unsigned)(h - 1)){
 319                     sum = subVI * (subUI * src[index] + subU * src[index + 1]) +
 320                           subV  * (subUI * src[index + src_linesize] + subU * src[index + src_linesize + 1]);
 321                     sum = (sum + (1 << (SUB_PIXEL_BITS * 2 - 1)))>> (SUB_PIXEL_BITS * 2);
 322                 } else {
 323                     if (v < 0)
 324                         v = 0;
 325                     else
 326                         v = h - 1;
 327                     index = u + v * src_linesize;
 328                     sum   = subUI * src[index] + subU * src[index + 1];
 329                     sum   = (sum + (1 << (SUB_PIXEL_BITS - 1))) >> SUB_PIXEL_BITS;
 330                 }
 331             } else {
 332                 if (u < 0)
 333                     u = 0;
 334                 else
 335                     u = w - 1;
 336                 if ((unsigned)v < (unsigned)(h - 1)){
 337                     index = u + v * src_linesize;
 338                     sum   = subVI * src[index] + subV * src[index + src_linesize];
 339                     sum   = (sum + (1 << (SUB_PIXEL_BITS - 1))) >> SUB_PIXEL_BITS;
 340                 } else {
 341                     if (v < 0)
 342                         v = 0;
 343                     else
 344                         v = h - 1;
 345                     index = u + v * src_linesize;
 346                     sum   = src[index];
 347                 }
 348             }
 349
 350             sum = av_clip(sum, 0, 255);
 351             dst[x + y * dst_linesize] = sum;
 352         }
 353     }
 354     return 0;
 355 }
 356
 357 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 358 {
 359     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 360
 361     switch (s->interpolation) {
 362     case LINEAR: s->perspective = resample_linear; break;
 363     case CUBIC:  s->perspective = resample_cubic;  break;
 364     }
 365
 366     return 0;
 367 }
 368
 369 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
 370 {
 371     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 372     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 373     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 374     AVFrame *out;
 375     int plane;
 376
 377     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 378     if (!out) {
 379         av_frame_free(&frame);
 380         return AVERROR(ENOMEM);
 381     }
 382     av_frame_copy_props(out, frame);
 383
 384     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 385         int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? s->hsub : 0;
 386         int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? s->vsub : 0;
 387         ThreadData td = {.dst = out->data[plane],
 388                          .dst_linesize = out->linesize[plane],
 389                          .src = frame->data[plane],
 390                          .src_linesize = frame->linesize[plane],
 391                          .w = s->linesize[plane],
 392                          .h = s->height[plane],
 393                          .hsub = hsub,
 394                          .vsub = vsub };
 395         ctx->internal->execute(ctx, s->perspective, &td, NULL, FFMIN(td.h, ctx->graph->nb_threads));
 396     }
 397
 398     av_frame_free(&frame);
 399     return ff_filter_frame(outlink, out);
 400 }
 401
 402 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 403 {
 404     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 405
 406     av_freep(&s->pv);
 407 }
 408
 409 static const AVFilterPad perspective_inputs[] = {
 410     {
 411         .name         = "default",
 412         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 413         .filter_frame = filter_frame,
 414         .config_props = config_input,
 415     },
 416     { NULL }
 417 };
 418
 419 static const AVFilterPad perspective_outputs[] = {
 420     {
 421         .name = "default",
 422         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 423     },
 424     { NULL }
 425 };
 426
 427 AVFilter ff_vf_perspective = {
 428     .name          = "perspective",
 429     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Correct the perspective of video."),
 430     .priv_size     = sizeof(PerspectiveContext),
 431     .init          = init,
 432     .uninit        = uninit,
 433     .query_formats = query_formats,
 434     .inputs        = perspective_inputs,
 435     .outputs       = perspective_outputs,
 436     .priv_class    = &perspective_class,
 437     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 438 };