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     int sense;
  50
  51     int (*perspective)(AVFilterContext *ctx,
  52                        void *arg, int job, int nb_jobs);
  53 } PerspectiveContext;
  54
  55 #define OFFSET(x) offsetof(PerspectiveContext, x)
  56 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  57
  58 enum PERSPECTIVESense {
  59     PERSPECTIVE_SENSE_SOURCE      = 0, ///< coordinates give locations in source of corners of destination.
  60     PERSPECTIVE_SENSE_DESTINATION = 1, ///< coordinates give locations in destination of corners of source.
  61 };
  62
  63 static const AVOption perspective_options[] = {
  64     { "x0", "set top left x coordinate",     OFFSET(expr_str[0][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  65     { "y0", "set top left y coordinate",     OFFSET(expr_str[0][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  66     { "x1", "set top right x coordinate",    OFFSET(expr_str[1][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="W"}, 0, 0, FLAGS },
  67     { "y1", "set top right y coordinate",    OFFSET(expr_str[1][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  68     { "x2", "set bottom left x coordinate",  OFFSET(expr_str[2][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, 0, 0, FLAGS },
  69     { "y2", "set bottom left y coordinate",  OFFSET(expr_str[2][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="H"}, 0, 0, FLAGS },
  70     { "x3", "set bottom right x coordinate", OFFSET(expr_str[3][0]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="W"}, 0, 0, FLAGS },
  71     { "y3", "set bottom right y coordinate", OFFSET(expr_str[3][1]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="H"}, 0, 0, FLAGS },
  72     { "interpolation", "set interpolation", OFFSET(interpolation), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=LINEAR}, 0, 1, FLAGS, "interpolation" },
  73     {      "linear", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=LINEAR}, 0, 0, FLAGS, "interpolation" },
  74     {       "cubic", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=CUBIC},  0, 0, FLAGS, "interpolation" },
  75     { "sense",   "specify the sense of the coordinates", OFFSET(sense), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=PERSPECTIVE_SENSE_SOURCE}, 0, 1, FLAGS, "sense"},
  76     {       "source", "specify locations in source to send to corners in destination",
  77                 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=PERSPECTIVE_SENSE_SOURCE}, 0, 0, FLAGS, "sense"},
  78     {       "destination", "specify locations in destination to send corners of source",
  79                 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=PERSPECTIVE_SENSE_DESTINATION}, 0, 0, FLAGS, "sense"},
  80
  81     { NULL }
  82 };
  83
  84 AVFILTER_DEFINE_CLASS(perspective);
  85
  86 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  87 {
  88     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  89         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P,
  90         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
  91         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  92         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE
  93     };
  94
  95     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
  96     return 0;
  97 }
  98
  99 static inline double get_coeff(double d)
 100 {
 101     double coeff, A = -0.60;
 102
 103     d = fabs(d);
 104
 105     if (d < 1.0)
 106         coeff = (1.0 - (A + 3.0) * d * d + (A + 2.0) * d * d * d);
 107     else if (d < 2.0)
 108         coeff = (-4.0 * A + 8.0 * A * d - 5.0 * A * d * d + A * d * d * d);
 109     else
 110         coeff = 0.0;
 111
 112     return coeff;
 113 }
 114
 115 static const char *const var_names[] = {   "W",   "H",        NULL };
 116 enum                                   { VAR_W, VAR_H, VAR_VARS_NB };
 117
 118 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 119 {
 120     double x0, x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, q;
 121     double t0, t1, t2, t3;
 122     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 123     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 124     double (*ref)[2] = s->ref;
 125     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 126     double values[VAR_VARS_NB] = { [VAR_W] = inlink->w, [VAR_H] = inlink->h };
 127     int h = inlink->h;
 128     int w = inlink->w;
 129     int x, y, i, j, ret;
 130
 131     for (i = 0; i < 4; i++) {
 132         for (j = 0; j < 2; j++) {
 133             if (!s->expr_str[i][j])
 134                 return AVERROR(EINVAL);
 135             ret = av_expr_parse_and_eval(&s->ref[i][j], s->expr_str[i][j],
 136                                          var_names, &values[0],
 137                                          NULL, NULL, NULL, NULL,
 138                                          0, 0, ctx);
 139             if (ret < 0)
 140                 return ret;
 141         }
 142     }
 143
 144     s->hsub = desc->log2_chroma_w;
 145     s->vsub = desc->log2_chroma_h;
 146     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 147     if ((ret = av_image_fill_linesizes(s->linesize, inlink->format, inlink->w)) < 0)
 148         return ret;
 149
 150     s->height[1] = s->height[2] = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 151     s->height[0] = s->height[3] = inlink->h;
 152
 153     s->pv = av_realloc_f(s->pv, w * h, 2 * sizeof(*s->pv));
 154     if (!s->pv)
 155         return AVERROR(ENOMEM);
 156
 157     switch (s->sense) {
 158     case PERSPECTIVE_SENSE_SOURCE:
 159         x6 = ((ref[0][0] - ref[1][0] - ref[2][0] + ref[3][0]) *
 160               (ref[2][1] - ref[3][1]) -
 161              ( ref[0][1] - ref[1][1] - ref[2][1] + ref[3][1]) *
 162               (ref[2][0] - ref[3][0])) * h;
 163         x7 = ((ref[0][1] - ref[1][1] - ref[2][1] + ref[3][1]) *
 164               (ref[1][0] - ref[3][0]) -
 165              ( ref[0][0] - ref[1][0] - ref[2][0] + ref[3][0]) *
 166               (ref[1][1] - ref[3][1])) * w;
 167         q =  ( ref[1][0] - ref[3][0]) * (ref[2][1] - ref[3][1]) -
 168              ( ref[2][0] - ref[3][0]) * (ref[1][1] - ref[3][1]);
 169
 170         x0 = q * (ref[1][0] - ref[0][0]) * h + x6 * ref[1][0];
 171         x1 = q * (ref[2][0] - ref[0][0]) * w + x7 * ref[2][0];
 172         x2 = q *  ref[0][0] * w * h;
 173         x3 = q * (ref[1][1] - ref[0][1]) * h + x6 * ref[1][1];
 174         x4 = q * (ref[2][1] - ref[0][1]) * w + x7 * ref[2][1];
 175         x5 = q *  ref[0][1] * w * h;
 176         x8 = q * w * h;
 177         break;
 178     case PERSPECTIVE_SENSE_DESTINATION:
 179         t0 = ref[0][0] * (ref[3][1] - ref[1][1]) +
 180              ref[1][0] * (ref[0][1] - ref[3][1]) +
 181              ref[3][0] * (ref[1][1] - ref[0][1]);
 182         t1 = ref[1][0] * (ref[2][1] - ref[3][1]) +
 183              ref[2][0] * (ref[3][1] - ref[1][1]) +
 184              ref[3][0] * (ref[1][1] - ref[2][1]);
 185         t2 = ref[0][0] * (ref[3][1] - ref[2][1]) +
 186              ref[2][0] * (ref[0][1] - ref[3][1]) +
 187              ref[3][0] * (ref[2][1] - ref[0][1]);
 188         t3 = ref[0][0] * (ref[1][1] - ref[2][1]) +
 189              ref[1][0] * (ref[2][1] - ref[0][1]) +
 190              ref[2][0] * (ref[0][1] - ref[1][1]);
 191
 192         x0 = t0 * t1 * w * (ref[2][1] - ref[0][1]);
 193         x1 = t0 * t1 * w * (ref[0][0] - ref[2][0]);
 194         x2 = t0 * t1 * w * (ref[0][1] * ref[2][0] - ref[0][0] * ref[2][1]);
 195         x3 = t1 * t2 * h * (ref[1][1] - ref[0][1]);
 196         x4 = t1 * t2 * h * (ref[0][0] - ref[1][0]);
 197         x5 = t1 * t2 * h * (ref[0][1] * ref[1][0] - ref[0][0] * ref[1][1]);
 198         x6 = t1 * t2 * (ref[1][1] - ref[0][1]) +
 199              t0 * t3 * (ref[2][1] - ref[3][1]);
 200         x7 = t1 * t2 * (ref[0][0] - ref[1][0]) +
 201              t0 * t3 * (ref[3][0] - ref[2][0]);
 202         x8 = t1 * t2 * (ref[0][1] * ref[1][0] - ref[0][0] * ref[1][1]) +
 203              t0 * t3 * (ref[2][0] * ref[3][1] - ref[2][1] * ref[3][0]);
 204         break;
 205     }
 206
 207     for (y = 0; y < h; y++){
 208         for (x = 0; x < w; x++){
 209             int u, v;
 210
 211             u = (int)floor(SUB_PIXELS * (x0 * x + x1 * y + x2) /
 212                                         (x6 * x + x7 * y + x8) + 0.5);
 213             v = (int)floor(SUB_PIXELS * (x3 * x + x4 * y + x5) /
 214                                         (x6 * x + x7 * y + x8) + 0.5);
 215
 216             s->pv[x + y * w][0] = u;
 217             s->pv[x + y * w][1] = v;
 218         }
 219     }
 220
 221     for (i = 0; i < SUB_PIXELS; i++){
 222         double d = i / (double)SUB_PIXELS;
 223         double temp[4];
 224         double sum = 0;
 225
 226         for (j = 0; j < 4; j++)
 227             temp[j] = get_coeff(j - d - 1);
 228
 229         for (j = 0; j < 4; j++)
 230             sum += temp[j];
 231
 232         for (j = 0; j < 4; j++)
 233             s->coeff[i][j] = (int)floor((1 << COEFF_BITS) * temp[j] / sum + 0.5);
 234     }
 235
 236     return 0;
 237 }
 238
 239 typedef struct ThreadData {
 240     uint8_t *dst;
 241     int dst_linesize;
 242     uint8_t *src;
 243     int src_linesize;
 244     int w, h;
 245     int hsub, vsub;
 246 } ThreadData;
 247
 248 static int resample_cubic(AVFilterContext *ctx, void *arg,
 249                           int job, int nb_jobs)
 250 {
 251     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 252     ThreadData *td = arg;
 253     uint8_t *dst = td->dst;
 254     int dst_linesize = td->dst_linesize;
 255     uint8_t *src = td->src;
 256     int src_linesize = td->src_linesize;
 257     int w = td->w;
 258     int h = td->h;
 259     int hsub = td->hsub;
 260     int vsub = td->vsub;
 261     int start = (h * job) / nb_jobs;
 262     int end   = (h * (job+1)) / nb_jobs;
 263     const int linesize = s->linesize[0];
 264     int x, y;
 265
 266     for (y = start; y < end; y++) {
 267         int sy = y << vsub;
 268         for (x = 0; x < w; x++) {
 269             int u, v, subU, subV, sum, sx;
 270
 271             sx   = x << hsub;
 272             u    = s->pv[sx + sy * linesize][0] >> hsub;
 273             v    = s->pv[sx + sy * linesize][1] >> vsub;
 274             subU = u & (SUB_PIXELS - 1);
 275             subV = v & (SUB_PIXELS - 1);
 276             u  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 277             v  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 278
 279             if (u > 0 && v > 0 && u < w - 2 && v < h - 2){
 280                 const int index = u + v*src_linesize;
 281                 const int a = s->coeff[subU][0];
 282                 const int b = s->coeff[subU][1];
 283                 const int c = s->coeff[subU][2];
 284                 const int d = s->coeff[subU][3];
 285
 286                 sum = s->coeff[subV][0] * (a * src[index - 1 -     src_linesize] + b * src[index - 0 -     src_linesize]  +
 287                                       c *      src[index + 1 -     src_linesize] + d * src[index + 2 -     src_linesize]) +
 288                       s->coeff[subV][1] * (a * src[index - 1                   ] + b * src[index - 0                   ]  +
 289                                       c *      src[index + 1                   ] + d * src[index + 2                   ]) +
 290                       s->coeff[subV][2] * (a * src[index - 1 +     src_linesize] + b * src[index - 0 +     src_linesize]  +
 291                                       c *      src[index + 1 +     src_linesize] + d * src[index + 2 +     src_linesize]) +
 292                       s->coeff[subV][3] * (a * src[index - 1 + 2 * src_linesize] + b * src[index - 0 + 2 * src_linesize]  +
 293                                       c *      src[index + 1 + 2 * src_linesize] + d * src[index + 2 + 2 * src_linesize]);
 294             } else {
 295                 int dx, dy;
 296
 297                 sum = 0;
 298
 299                 for (dy = 0; dy < 4; dy++) {
 300                     int iy = v + dy - 1;
 301
 302                     if (iy < 0)
 303                         iy = 0;
 304                     else if (iy >= h)
 305                         iy = h-1;
 306                     for (dx = 0; dx < 4; dx++) {
 307                         int ix = u + dx - 1;
 308
 309                         if (ix < 0)
 310                             ix = 0;
 311                         else if (ix >= w)
 312                             ix = w - 1;
 313
 314                         sum += s->coeff[subU][dx] * s->coeff[subV][dy] * src[ ix + iy * src_linesize];
 315                     }
 316                 }
 317             }
 318
 319             sum = (sum + (1<<(COEFF_BITS * 2 - 1))) >> (COEFF_BITS * 2);
 320             sum = av_clip(sum, 0, 255);
 321             dst[x + y * dst_linesize] = sum;
 322         }
 323     }
 324     return 0;
 325 }
 326
 327 static int resample_linear(AVFilterContext *ctx, void *arg,
 328                            int job, int nb_jobs)
 329 {
 330     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 331     ThreadData *td = arg;
 332     uint8_t *dst = td->dst;
 333     int dst_linesize = td->dst_linesize;
 334     uint8_t *src = td->src;
 335     int src_linesize = td->src_linesize;
 336     int w = td->w;
 337     int h = td->h;
 338     int hsub = td->hsub;
 339     int vsub = td->vsub;
 340     int start = (h * job) / nb_jobs;
 341     int end   = (h * (job+1)) / nb_jobs;
 342     const int linesize = s->linesize[0];
 343     int x, y;
 344
 345     for (y = start; y < end; y++){
 346         int sy = y << vsub;
 347         for (x = 0; x < w; x++){
 348             int u, v, subU, subV, sum, sx, index, subUI, subVI;
 349
 350             sx   = x << hsub;
 351             u    = s->pv[sx + sy * linesize][0] >> hsub;
 352             v    = s->pv[sx + sy * linesize][1] >> vsub;
 353             subU = u & (SUB_PIXELS - 1);
 354             subV = v & (SUB_PIXELS - 1);
 355             u  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 356             v  >>= SUB_PIXEL_BITS;
 357
 358             index = u + v * src_linesize;
 359             subUI = SUB_PIXELS - subU;
 360             subVI = SUB_PIXELS - subV;
 361
 362             if ((unsigned)u < (unsigned)(w - 1)){
 363                 if((unsigned)v < (unsigned)(h - 1)){
 364                     sum = subVI * (subUI * src[index] + subU * src[index + 1]) +
 365                           subV  * (subUI * src[index + src_linesize] + subU * src[index + src_linesize + 1]);
 366                     sum = (sum + (1 << (SUB_PIXEL_BITS * 2 - 1)))>> (SUB_PIXEL_BITS * 2);
 367                 } else {
 368                     if (v < 0)
 369                         v = 0;
 370                     else
 371                         v = h - 1;
 372                     index = u + v * src_linesize;
 373                     sum   = subUI * src[index] + subU * src[index + 1];
 374                     sum   = (sum + (1 << (SUB_PIXEL_BITS - 1))) >> SUB_PIXEL_BITS;
 375                 }
 376             } else {
 377                 if (u < 0)
 378                     u = 0;
 379                 else
 380                     u = w - 1;
 381                 if ((unsigned)v < (unsigned)(h - 1)){
 382                     index = u + v * src_linesize;
 383                     sum   = subVI * src[index] + subV * src[index + src_linesize];
 384                     sum   = (sum + (1 << (SUB_PIXEL_BITS - 1))) >> SUB_PIXEL_BITS;
 385                 } else {
 386                     if (v < 0)
 387                         v = 0;
 388                     else
 389                         v = h - 1;
 390                     index = u + v * src_linesize;
 391                     sum   = src[index];
 392                 }
 393             }
 394
 395             sum = av_clip(sum, 0, 255);
 396             dst[x + y * dst_linesize] = sum;
 397         }
 398     }
 399     return 0;
 400 }
 401
 402 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 403 {
 404     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 405
 406     switch (s->interpolation) {
 407     case LINEAR: s->perspective = resample_linear; break;
 408     case CUBIC:  s->perspective = resample_cubic;  break;
 409     }
 410
 411     return 0;
 412 }
 413
 414 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
 415 {
 416     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 417     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 418     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 419     AVFrame *out;
 420     int plane;
 421
 422     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 423     if (!out) {
 424         av_frame_free(&frame);
 425         return AVERROR(ENOMEM);
 426     }
 427     av_frame_copy_props(out, frame);
 428
 429     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 430         int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? s->hsub : 0;
 431         int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? s->vsub : 0;
 432         ThreadData td = {.dst = out->data[plane],
 433                          .dst_linesize = out->linesize[plane],
 434                          .src = frame->data[plane],
 435                          .src_linesize = frame->linesize[plane],
 436                          .w = s->linesize[plane],
 437                          .h = s->height[plane],
 438                          .hsub = hsub,
 439                          .vsub = vsub };
 440         ctx->internal->execute(ctx, s->perspective, &td, NULL, FFMIN(td.h, ctx->graph->nb_threads));
 441     }
 442
 443     av_frame_free(&frame);
 444     return ff_filter_frame(outlink, out);
 445 }
 446
 447 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 448 {
 449     PerspectiveContext *s = ctx->priv;
 450
 451     av_freep(&s->pv);
 452 }
 453
 454 static const AVFilterPad perspective_inputs[] = {
 455     {
 456         .name         = "default",
 457         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 458         .filter_frame = filter_frame,
 459         .config_props = config_input,
 460     },
 461     { NULL }
 462 };
 463
 464 static const AVFilterPad perspective_outputs[] = {
 465     {
 466         .name = "default",
 467         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 468     },
 469     { NULL }
 470 };
 471
 472 AVFilter ff_vf_perspective = {
 473     .name          = "perspective",
 474     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Correct the perspective of video."),
 475     .priv_size     = sizeof(PerspectiveContext),
 476     .init          = init,
 477     .uninit        = uninit,
 478     .query_formats = query_formats,
 479     .inputs        = perspective_inputs,
 480     .outputs       = perspective_outputs,
 481     .priv_class    = &perspective_class,
 482     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 483 };