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