git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/vf_psnr.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011 Roger Pau Monné <roger.pau@entel.upc.edu>
   3  * Copyright (c) 2011 Stefano Sabatini
   4  * Copyright (c) 2013 Paul B Mahol
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * Caculate the PSNR between two input videos.
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/avstring.h"
  29 #include "libavutil/opt.h"
  30 #include "libavutil/pixdesc.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "dualinput.h"
  33 #include "drawutils.h"
  34 #include "formats.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "psnr.h"
  37 #include "video.h"
  38
  39 typedef struct PSNRContext {
  40     const AVClass *class;
  41     FFDualInputContext dinput;
  42     double mse, min_mse, max_mse, mse_comp[4];
  43     uint64_t nb_frames;
  44     FILE *stats_file;
  45     char *stats_file_str;
  46     int max[4], average_max;
  47     int is_rgb;
  48     uint8_t rgba_map[4];
  49     char comps[4];
  50     int nb_components;
  51     int planewidth[4];
  52     int planeheight[4];
  53     double planeweight[4];
  54     PSNRDSPContext dsp;
  55 } PSNRContext;
  56
  57 #define OFFSET(x) offsetof(PSNRContext, x)
  58 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  59
  60 static const AVOption psnr_options[] = {
  61     {"stats_file", "Set file where to store per-frame difference information", OFFSET(stats_file_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL}, 0, 0, FLAGS },
  62     {"f",          "Set file where to store per-frame difference information", OFFSET(stats_file_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str=NULL}, 0, 0, FLAGS },
  63     { NULL }
  64 };
  65
  66 AVFILTER_DEFINE_CLASS(psnr);
  67
  68 static inline unsigned pow2(unsigned base)
  69 {
  70     return base*base;
  71 }
  72
  73 static inline double get_psnr(double mse, uint64_t nb_frames, int max)
  74 {
  75     return 10.0 * log(pow2(max) / (mse / nb_frames)) / log(10.0);
  76 }
  77
  78 static uint64_t sse_line_8bit(const uint8_t *main_line,  const uint8_t *ref_line, int outw)
  79 {
  80     int j;
  81     unsigned m2 = 0;
  82
  83     for (j = 0; j < outw; j++)
  84         m2 += pow2(main_line[j] - ref_line[j]);
  85
  86     return m2;
  87 }
  88
  89 static uint64_t sse_line_16bit(const uint8_t *_main_line, const uint8_t *_ref_line, int outw)
  90 {
  91     int j;
  92     uint64_t m2 = 0;
  93     const uint16_t *main_line = (const uint16_t *) _main_line;
  94     const uint16_t *ref_line = (const uint16_t *) _ref_line;
  95
  96     for (j = 0; j < outw; j++)
  97         m2 += pow2(main_line[j] - ref_line[j]);
  98
  99     return m2;
 100 }
 101
 102 static inline
 103 void compute_images_mse(PSNRContext *s,
 104                         const uint8_t *main_data[4], const int main_linesizes[4],
 105                         const uint8_t *ref_data[4], const int ref_linesizes[4],
 106                         int w, int h, double mse[4])
 107 {
 108     int i, c;
 109
 110     for (c = 0; c < s->nb_components; c++) {
 111         const int outw = s->planewidth[c];
 112         const int outh = s->planeheight[c];
 113         const uint8_t *main_line = main_data[c];
 114         const uint8_t *ref_line = ref_data[c];
 115         const int ref_linesize = ref_linesizes[c];
 116         const int main_linesize = main_linesizes[c];
 117         uint64_t m = 0;
 118         for (i = 0; i < outh; i++) {
 119             m += s->dsp.sse_line(main_line, ref_line, outw);
 120             ref_line += ref_linesize;
 121             main_line += main_linesize;
 122         }
 123         mse[c] = m / (double)(outw * outh);
 124     }
 125 }
 126
 127 static void set_meta(AVDictionary **metadata, const char *key, char comp, float d)
 128 {
 129     char value[128];
 130     snprintf(value, sizeof(value), "%0.2f", d);
 131     if (comp) {
 132         char key2[128];
 133         snprintf(key2, sizeof(key2), "%s%c", key, comp);
 134         av_dict_set(metadata, key2, value, 0);
 135     } else {
 136         av_dict_set(metadata, key, value, 0);
 137     }
 138 }
 139
 140 static AVFrame *do_psnr(AVFilterContext *ctx, AVFrame *main,
 141                         const AVFrame *ref)
 142 {
 143     PSNRContext *s = ctx->priv;
 144     double comp_mse[4], mse = 0;
 145     int j, c;
 146     AVDictionary **metadata = avpriv_frame_get_metadatap(main);
 147
 148     compute_images_mse(s, (const uint8_t **)main->data, main->linesize,
 149                           (const uint8_t **)ref->data, ref->linesize,
 150                           main->width, main->height, comp_mse);
 151
 152     for (j = 0; j < s->nb_components; j++)
 153         mse += comp_mse[j] * s->planeweight[j];
 154
 155     s->min_mse = FFMIN(s->min_mse, mse);
 156     s->max_mse = FFMAX(s->max_mse, mse);
 157
 158     s->mse += mse;
 159     for (j = 0; j < s->nb_components; j++)
 160         s->mse_comp[j] += comp_mse[j];
 161     s->nb_frames++;
 162
 163     for (j = 0; j < s->nb_components; j++) {
 164         c = s->is_rgb ? s->rgba_map[j] : j;
 165         set_meta(metadata, "lavfi.psnr.mse.", s->comps[j], comp_mse[c]);
 166         set_meta(metadata, "lavfi.psnr.psnr.", s->comps[j], get_psnr(comp_mse[c], 1, s->max[c]));
 167     }
 168     set_meta(metadata, "lavfi.psnr.mse_avg", 0, mse);
 169     set_meta(metadata, "lavfi.psnr.psnr_avg", 0, get_psnr(mse, 1, s->average_max));
 170
 171     if (s->stats_file) {
 172         fprintf(s->stats_file, "n:%"PRId64" mse_avg:%0.2f ", s->nb_frames, mse);
 173         for (j = 0; j < s->nb_components; j++) {
 174             c = s->is_rgb ? s->rgba_map[j] : j;
 175             fprintf(s->stats_file, "mse_%c:%0.2f ", s->comps[j], comp_mse[c]);
 176         }
 177         for (j = 0; j < s->nb_components; j++) {
 178             c = s->is_rgb ? s->rgba_map[j] : j;
 179             fprintf(s->stats_file, "psnr_%c:%0.2f ", s->comps[j],
 180                     get_psnr(comp_mse[c], 1, s->max[c]));
 181         }
 182         fprintf(s->stats_file, "\n");
 183     }
 184
 185     return main;
 186 }
 187
 188 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 189 {
 190     PSNRContext *s = ctx->priv;
 191
 192     s->min_mse = +INFINITY;
 193     s->max_mse = -INFINITY;
 194
 195     if (s->stats_file_str) {
 196         s->stats_file = fopen(s->stats_file_str, "w");
 197         if (!s->stats_file) {
 198             int err = AVERROR(errno);
 199             char buf[128];
 200             av_strerror(err, buf, sizeof(buf));
 201             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Could not open stats file %s: %s\n",
 202                    s->stats_file_str, buf);
 203             return err;
 204         }
 205     }
 206
 207     s->dinput.process = do_psnr;
 208     return 0;
 209 }
 210
 211 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 212 {
 213     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 214         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 215 #define PF_NOALPHA(suf) AV_PIX_FMT_YUV420##suf,  AV_PIX_FMT_YUV422##suf,  AV_PIX_FMT_YUV444##suf
 216 #define PF_ALPHA(suf)   AV_PIX_FMT_YUVA420##suf, AV_PIX_FMT_YUVA422##suf, AV_PIX_FMT_YUVA444##suf
 217 #define PF(suf)         PF_NOALPHA(suf), PF_ALPHA(suf)
 218         PF(P), PF(P9), PF(P10), PF_NOALPHA(P12), PF_NOALPHA(P14), PF(P16),
 219         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
 220         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 221         AV_PIX_FMT_YUVJ440P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 222         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
 223         AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
 224         AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
 225         AV_PIX_FMT_NONE
 226     };
 227
 228     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 229     if (!fmts_list)
 230         return AVERROR(ENOMEM);
 231     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 232 }
 233
 234 static int config_input_ref(AVFilterLink *inlink)
 235 {
 236     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 237     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
 238     PSNRContext *s = ctx->priv;
 239     unsigned sum;
 240     int j;
 241
 242     s->nb_components = desc->nb_components;
 243     if (ctx->inputs[0]->w != ctx->inputs[1]->w ||
 244         ctx->inputs[0]->h != ctx->inputs[1]->h) {
 245         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Width and height of input videos must be same.\n");
 246         return AVERROR(EINVAL);
 247     }
 248     if (ctx->inputs[0]->format != ctx->inputs[1]->format) {
 249         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Inputs must be of same pixel format.\n");
 250         return AVERROR(EINVAL);
 251     }
 252
 253     s->max[0] = (1 << (desc->comp[0].depth_minus1 + 1)) - 1;
 254     s->max[1] = (1 << (desc->comp[1].depth_minus1 + 1)) - 1;
 255     s->max[2] = (1 << (desc->comp[2].depth_minus1 + 1)) - 1;
 256     s->max[3] = (1 << (desc->comp[3].depth_minus1 + 1)) - 1;
 257
 258     s->is_rgb = ff_fill_rgba_map(s->rgba_map, inlink->format) >= 0;
 259     s->comps[0] = s->is_rgb ? 'r' : 'y' ;
 260     s->comps[1] = s->is_rgb ? 'g' : 'u' ;
 261     s->comps[2] = s->is_rgb ? 'b' : 'v' ;
 262     s->comps[3] = 'a';
 263
 264     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
 265     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
 266     s->planewidth[1]  = s->planewidth[2]  = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
 267     s->planewidth[0]  = s->planewidth[3]  = inlink->w;
 268     sum = 0;
 269     for (j = 0; j < s->nb_components; j++)
 270         sum += s->planeheight[j] * s->planewidth[j];
 271     for (j = 0; j < s->nb_components; j++) {
 272         s->planeweight[j] = (double) s->planeheight[j] * s->planewidth[j] / sum;
 273         s->average_max += s->max[j] * s->planeweight[j];
 274     }
 275
 276     s->dsp.sse_line = desc->comp[0].depth_minus1 > 7 ? sse_line_16bit : sse_line_8bit;
 277     if (ARCH_X86)
 278         ff_psnr_init_x86(&s->dsp, desc->comp[0].depth_minus1 + 1);
 279
 280     return 0;
 281 }
 282
 283 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 284 {
 285     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 286     PSNRContext *s = ctx->priv;
 287     AVFilterLink *mainlink = ctx->inputs[0];
 288     int ret;
 289
 290     outlink->w = mainlink->w;
 291     outlink->h = mainlink->h;
 292     outlink->time_base = mainlink->time_base;
 293     outlink->sample_aspect_ratio = mainlink->sample_aspect_ratio;
 294     outlink->frame_rate = mainlink->frame_rate;
 295     if ((ret = ff_dualinput_init(ctx, &s->dinput)) < 0)
 296         return ret;
 297
 298     return 0;
 299 }
 300
 301 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *inpicref)
 302 {
 303     PSNRContext *s = inlink->dst->priv;
 304     return ff_dualinput_filter_frame(&s->dinput, inlink, inpicref);
 305 }
 306
 307 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 308 {
 309     PSNRContext *s = outlink->src->priv;
 310     return ff_dualinput_request_frame(&s->dinput, outlink);
 311 }
 312
 313 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 314 {
 315     PSNRContext *s = ctx->priv;
 316
 317     if (s->nb_frames > 0) {
 318         int j;
 319         char buf[256];
 320
 321         buf[0] = 0;
 322         for (j = 0; j < s->nb_components; j++) {
 323             int c = s->is_rgb ? s->rgba_map[j] : j;
 324             av_strlcatf(buf, sizeof(buf), " %c:%0.2f", s->comps[j],
 325                         get_psnr(s->mse_comp[c], s->nb_frames, s->max[c]));
 326         }
 327         av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "PSNR%s average:%0.2f min:%0.2f max:%0.2f\n",
 328                buf,
 329                get_psnr(s->mse, s->nb_frames, s->average_max),
 330                get_psnr(s->max_mse, 1, s->average_max),
 331                get_psnr(s->min_mse, 1, s->average_max));
 332     }
 333
 334     ff_dualinput_uninit(&s->dinput);
 335
 336     if (s->stats_file)
 337         fclose(s->stats_file);
 338 }
 339
 340 static const AVFilterPad psnr_inputs[] = {
 341     {
 342         .name         = "main",
 343         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 344         .filter_frame = filter_frame,
 345     },{
 346         .name         = "reference",
 347         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 348         .filter_frame = filter_frame,
 349         .config_props = config_input_ref,
 350     },
 351     { NULL }
 352 };
 353
 354 static const AVFilterPad psnr_outputs[] = {
 355     {
 356         .name          = "default",
 357         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 358         .config_props  = config_output,
 359         .request_frame = request_frame,
 360     },
 361     { NULL }
 362 };
 363
 364 AVFilter ff_vf_psnr = {
 365     .name          = "psnr",
 366     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Calculate the PSNR between two video streams."),
 367     .init          = init,
 368     .uninit        = uninit,
 369     .query_formats = query_formats,
 370     .priv_size     = sizeof(PSNRContext),
 371     .priv_class    = &psnr_class,
 372     .inputs        = psnr_inputs,
 373     .outputs       = psnr_outputs,
 374 };