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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2013 Stefano Sabatini
   3  * Copyright (c) 2008 Vitor Sessak
   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  * rotation filter, partially based on the tests/rotozoom.c program
  25 */
  26
  27 #include "libavutil/avstring.h"
  28 #include "libavutil/eval.h"
  29 #include "libavutil/opt.h"
  30 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  31 #include "libavutil/parseutils.h"
  32 #include "libavutil/pixdesc.h"
  33
  34 #include "avfilter.h"
  35 #include "drawutils.h"
  36 #include "internal.h"
  37 #include "video.h"
  38
  39 static const char *var_names[] = {
  40     "in_w" , "iw",  ///< width of the input video
  41     "in_h" , "ih",  ///< height of the input video
  42     "out_w", "ow",  ///< width of the input video
  43     "out_h", "oh",  ///< height of the input video
  44     "hsub", "vsub",
  45     "n",            ///< number of frame
  46     "t",            ///< timestamp expressed in seconds
  47     NULL
  48 };
  49
  50 enum var_name {
  51     VAR_IN_W , VAR_IW,
  52     VAR_IN_H , VAR_IH,
  53     VAR_OUT_W, VAR_OW,
  54     VAR_OUT_H, VAR_OH,
  55     VAR_HSUB, VAR_VSUB,
  56     VAR_N,
  57     VAR_T,
  58     VAR_VARS_NB
  59 };
  60
  61 typedef struct {
  62     const AVClass *class;
  63     double angle;
  64     char *angle_expr_str;   ///< expression for the angle
  65     AVExpr *angle_expr;     ///< parsed expression for the angle
  66     char *outw_expr_str, *outh_expr_str;
  67     int outh, outw;
  68     uint8_t fillcolor[4];   ///< color expressed either in YUVA or RGBA colorspace for the padding area
  69     char *fillcolor_str;
  70     int fillcolor_enable;
  71     int hsub, vsub;
  72     int nb_planes;
  73     int use_bilinear;
  74     float sinx, cosx;
  75     double var_values[VAR_VARS_NB];
  76     FFDrawContext draw;
  77     FFDrawColor color;
  78 } RotContext;
  79
  80 #define OFFSET(x) offsetof(RotContext, x)
  81 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  82
  83 static const AVOption rotate_options[] = {
  84     { "angle",     "set angle (in radians)",       OFFSET(angle_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  85     { "a",         "set angle (in radians)",       OFFSET(angle_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  86     { "out_w",     "set output width expression",  OFFSET(outw_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="iw"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  87     { "ow",        "set output width expression",  OFFSET(outw_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="iw"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  88     { "out_h",     "set output height expression", OFFSET(outh_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="ih"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  89     { "oh",        "set output width expression",  OFFSET(outh_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="ih"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  90     { "fillcolor", "set background fill color",    OFFSET(fillcolor_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  91     { "c",         "set background fill color",    OFFSET(fillcolor_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  92     { "bilinear",  "use bilinear interpolation",   OFFSET(use_bilinear),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=1}, 0, 1, .flags=FLAGS },
  93     { NULL }
  94 };
  95
  96 AVFILTER_DEFINE_CLASS(rotate);
  97
  98 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  99 {
 100     RotContext *rot = ctx->priv;
 101
 102     if (!strcmp(rot->fillcolor_str, "none"))
 103         rot->fillcolor_enable = 0;
 104     else if (av_parse_color(rot->fillcolor, rot->fillcolor_str, -1, ctx) >= 0)
 105         rot->fillcolor_enable = 1;
 106     else
 107         return AVERROR(EINVAL);
 108     return 0;
 109 }
 110
 111 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 112 {
 113     RotContext *rot = ctx->priv;
 114
 115     av_expr_free(rot->angle_expr);
 116     rot->angle_expr = NULL;
 117 }
 118
 119 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 120 {
 121     static enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 122         AV_PIX_FMT_GBRP,   AV_PIX_FMT_GBRAP,
 123         AV_PIX_FMT_ARGB,   AV_PIX_FMT_RGBA,
 124         AV_PIX_FMT_ABGR,   AV_PIX_FMT_BGRA,
 125         AV_PIX_FMT_0RGB,   AV_PIX_FMT_RGB0,
 126         AV_PIX_FMT_0BGR,   AV_PIX_FMT_BGR0,
 127         AV_PIX_FMT_RGB24,  AV_PIX_FMT_BGR24,
 128         AV_PIX_FMT_GRAY8,
 129         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 130         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 131         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 132         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUVA420P,
 133         AV_PIX_FMT_NONE
 134     };
 135
 136     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 137     return 0;
 138 }
 139
 140 static double get_rotated_w(void *opaque, double angle)
 141 {
 142     RotContext *rot = opaque;
 143     double inw = rot->var_values[VAR_IN_W];
 144     double inh = rot->var_values[VAR_IN_H];
 145     float sinx = sin(angle);
 146     float cosx = cos(angle);
 147
 148     return FFMAX(0, inh * sinx) + FFMAX(0, -inw * cosx) +
 149            FFMAX(0, inw * cosx) + FFMAX(0, -inh * sinx);
 150 }
 151
 152 static double get_rotated_h(void *opaque, double angle)
 153 {
 154     RotContext *rot = opaque;
 155     double inw = rot->var_values[VAR_IN_W];
 156     double inh = rot->var_values[VAR_IN_H];
 157     float sinx = sin(angle);
 158     float cosx = cos(angle);
 159
 160     return FFMAX(0, -inh * cosx) + FFMAX(0, -inw * sinx) +
 161            FFMAX(0,  inh * cosx) + FFMAX(0,  inw * sinx);
 162 }
 163
 164 static double (* const func1[])(void *, double) = {
 165     get_rotated_w,
 166     get_rotated_h,
 167     NULL
 168 };
 169
 170 static const char * const func1_names[] = {
 171     "rotw",
 172     "roth",
 173     NULL
 174 };
 175
 176 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
 177 {
 178     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 179     RotContext *rot = ctx->priv;
 180     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 181     const AVPixFmtDescriptor *pixdesc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 182     int ret;
 183     double res;
 184     char *expr;
 185
 186     ff_draw_init(&rot->draw, inlink->format, 0);
 187     ff_draw_color(&rot->draw, &rot->color, rot->fillcolor);
 188
 189     rot->hsub = pixdesc->log2_chroma_w;
 190     rot->vsub = pixdesc->log2_chroma_h;
 191
 192     rot->var_values[VAR_IN_W] = rot->var_values[VAR_IW] = inlink->w;
 193     rot->var_values[VAR_IN_H] = rot->var_values[VAR_IH] = inlink->h;
 194     rot->var_values[VAR_HSUB] = 1<<rot->hsub;
 195     rot->var_values[VAR_VSUB] = 1<<rot->vsub;
 196     rot->var_values[VAR_N] = NAN;
 197     rot->var_values[VAR_T] = NAN;
 198     rot->var_values[VAR_OUT_W] = rot->var_values[VAR_OW] = NAN;
 199     rot->var_values[VAR_OUT_H] = rot->var_values[VAR_OH] = NAN;
 200
 201     av_expr_free(rot->angle_expr);
 202     rot->angle_expr = NULL;
 203     if ((ret = av_expr_parse(&rot->angle_expr, expr = rot->angle_expr_str, var_names,
 204                              func1_names, func1, NULL, NULL, 0, ctx)) < 0) {
 205         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 206                "Error occurred parsing angle expression '%s'\n", rot->angle_expr_str);
 207         return ret;
 208     }
 209
 210 #define SET_SIZE_EXPR(name, opt_name) do {                                         \
 211     ret = av_expr_parse_and_eval(&res, expr = rot->name##_expr_str,                \
 212                                  var_names, rot->var_values,                       \
 213                                  func1_names, func1, NULL, NULL, rot, 0, ctx);     \
 214     if (ret < 0 || isnan(res) || isinf(res) || res <= 0) {                         \
 215         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,                                                  \
 216                "Error parsing or evaluating expression for option %s: "            \
 217                "invalid expression '%s' or non-positive or indefinite value %f\n", \
 218                opt_name, expr, res);                                               \
 219         return ret;                                                                \
 220     }                                                                              \
 221 } while (0)
 222
 223     /* evaluate width and height */
 224     av_expr_parse_and_eval(&res, expr = rot->outw_expr_str, var_names, rot->var_values,
 225                            func1_names, func1, NULL, NULL, rot, 0, ctx);
 226     rot->var_values[VAR_OUT_W] = rot->var_values[VAR_OW] = res;
 227     rot->outw = res + 0.5;
 228     SET_SIZE_EXPR(outh, "out_w");
 229     rot->var_values[VAR_OUT_H] = rot->var_values[VAR_OH] = res;
 230     rot->outh = res + 0.5;
 231
 232     /* evaluate the width again, as it may depend on the evaluated output height */
 233     SET_SIZE_EXPR(outw, "out_h");
 234     rot->var_values[VAR_OUT_W] = rot->var_values[VAR_OW] = res;
 235     rot->outw = res + 0.5;
 236
 237     /* compute number of planes */
 238     rot->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 239     outlink->w = rot->outw;
 240     outlink->h = rot->outh;
 241     return 0;
 242 }
 243
 244 #define FIXP (1<<16)
 245 #define INT_PI 205887 //(M_PI * FIXP)
 246
 247 /**
 248  * Compute the sin of a using integer values.
 249  * Input and output values are scaled by FIXP.
 250  */
 251 static int64_t int_sin(int64_t a)
 252 {
 253     int64_t a2, res = 0;
 254     int i;
 255     if (a < 0) a = INT_PI-a; // 0..inf
 256     a %= 2 * INT_PI;         // 0..2PI
 257
 258     if (a >= INT_PI*3/2) a -= 2*INT_PI;  // -PI/2 .. 3PI/2
 259     if (a >= INT_PI/2  ) a = INT_PI - a; // -PI/2 ..  PI/2
 260
 261     /* compute sin using Taylor series approximated to the third term */
 262     a2 = (a*a)/FIXP;
 263     for (i = 2; i < 7; i += 2) {
 264         res += a;
 265         a = -a*a2 / (FIXP*i*(i+1));
 266     }
 267     return res;
 268 }
 269
 270 /**
 271  * Interpolate the color in src at position x and y using bilinear
 272  * interpolation.
 273  */
 274 static uint8_t *interpolate_bilinear(uint8_t *dst_color,
 275                                      const uint8_t *src, int src_linesize, int src_linestep,
 276                                      int x, int y, int max_x, int max_y)
 277 {
 278     int int_x = av_clip(x>>16, 0, max_x);
 279     int int_y = av_clip(y>>16, 0, max_y);
 280     int frac_x = x&0xFFFF;
 281     int frac_y = y&0xFFFF;
 282     int i;
 283     int int_x1 = FFMIN(int_x+1, max_x);
 284     int int_y1 = FFMIN(int_y+1, max_y);
 285
 286     for (i = 0; i < src_linestep; i++) {
 287         int s00 = src[src_linestep * int_x  + i + src_linesize * int_y ];
 288         int s01 = src[src_linestep * int_x1 + i + src_linesize * int_y ];
 289         int s10 = src[src_linestep * int_x  + i + src_linesize * int_y1];
 290         int s11 = src[src_linestep * int_x1 + i + src_linesize * int_y1];
 291         int s0 = (((1<<16) - frac_x)*s00 + frac_x*s01);
 292         int s1 = (((1<<16) - frac_x)*s10 + frac_x*s11);
 293
 294         dst_color[i] = ((int64_t)((1<<16) - frac_y)*s0 + (int64_t)frac_y*s1) >> 32;
 295     }
 296
 297     return dst_color;
 298 }
 299
 300 #define TS2T(ts, tb) ((ts) == AV_NOPTS_VALUE ? NAN : (double)(ts)*av_q2d(tb))
 301
 302 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 303 {
 304     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 305     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 306     AVFrame *out;
 307     RotContext *rot = ctx->priv;
 308     int angle_int, s, c, plane;
 309     double res;
 310
 311     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 312     if (!out) {
 313         av_frame_free(&in);
 314         return AVERROR(ENOMEM);
 315     }
 316     av_frame_copy_props(out, in);
 317
 318     rot->var_values[VAR_N] = inlink->frame_count;
 319     rot->var_values[VAR_T] = TS2T(in->pts, inlink->time_base);
 320     rot->angle = res = av_expr_eval(rot->angle_expr, rot->var_values, rot);
 321
 322     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "n:%f time:%f angle:%f/PI\n",
 323            rot->var_values[VAR_N], rot->var_values[VAR_T], rot->angle/M_PI);
 324
 325     angle_int = res * FIXP;
 326     s = int_sin(angle_int);
 327     c = int_sin(angle_int + INT_PI/2);
 328
 329     /* fill background */
 330     if (rot->fillcolor_enable)
 331         ff_fill_rectangle(&rot->draw, &rot->color, out->data, out->linesize,
 332                           0, 0, outlink->w, outlink->h);
 333
 334     for (plane = 0; plane < rot->nb_planes; plane++) {
 335         int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? rot->hsub : 0;
 336         int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? rot->vsub : 0;
 337         int inw  = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, hsub);
 338         int inh  = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, vsub);
 339         int outw = FF_CEIL_RSHIFT(outlink->w, hsub);
 340         int outh = FF_CEIL_RSHIFT(outlink->h, hsub);
 341
 342         const int xi = -outw/2 * c;
 343         const int yi =  outw/2 * s;
 344         int xprime = -outh/2 * s;
 345         int yprime = -outh/2 * c;
 346         int i, j, x, y;
 347
 348         for (j = 0; j < outh; j++) {
 349             x = xprime + xi + FIXP*inw/2;
 350             y = yprime + yi + FIXP*inh/2;
 351
 352             for (i = 0; i < outw; i++) {
 353                 int32_t v;
 354                 int x1, y1;
 355                 uint8_t *pin, *pout;
 356                 x += c;
 357                 y -= s;
 358                 x1 = x>>16;
 359                 y1 = y>>16;
 360
 361                 /* the out-of-range values avoid border artifacts */
 362                 if (x1 >= -1 && x1 <= inw && y1 >= -1 && y1 <= inh) {
 363                     uint8_t inp_inv[4]; /* interpolated input value */
 364                     pout = out->data[plane] + j * out->linesize[plane] + i * rot->draw.pixelstep[plane];
 365                     if (rot->use_bilinear) {
 366                         pin = interpolate_bilinear(inp_inv,
 367                                                    in->data[plane], in->linesize[plane], rot->draw.pixelstep[plane],
 368                                                    x, y, inw-1, inh-1);
 369                     } else {
 370                         int x2 = av_clip(x1, 0, inw-1);
 371                         int y2 = av_clip(y1, 0, inh-1);
 372                         pin = in->data[plane] + y2 * in->linesize[plane] + x2 * rot->draw.pixelstep[plane];
 373                     }
 374                     switch (rot->draw.pixelstep[plane]) {
 375                     case 1:
 376                         *pout = *pin;
 377                         break;
 378                     case 2:
 379                         *((uint16_t *)pout) = *((uint16_t *)pin);
 380                         break;
 381                     case 3:
 382                         v = AV_RB24(pin);
 383                         AV_WB24(pout, v);
 384                         break;
 385                     case 4:
 386                         *((uint32_t *)pout) = *((uint32_t *)pin);
 387                         break;
 388                     default:
 389                         memcpy(pout, pin, rot->draw.pixelstep[plane]);
 390                         break;
 391                     }
 392                 }
 393             }
 394             xprime += s;
 395             yprime += c;
 396         }
 397     }
 398
 399     av_frame_free(&in);
 400     return ff_filter_frame(outlink, out);
 401 }
 402
 403 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 404                            char *res, int res_len, int flags)
 405 {
 406     RotContext *rot = ctx->priv;
 407     int ret;
 408
 409     if (!strcmp(cmd, "angle") || !strcmp(cmd, "a")) {
 410         AVExpr *old = rot->angle_expr;
 411         ret = av_expr_parse(&rot->angle_expr, args, var_names,
 412                             NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
 413         if (ret < 0) {
 414             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 415                    "Error when parsing the expression '%s' for angle command\n", args);
 416             rot->angle_expr = old;
 417             return ret;
 418         }
 419         av_expr_free(old);
 420     } else
 421         ret = AVERROR(ENOSYS);
 422
 423     return ret;
 424 }
 425
 426 static const AVFilterPad rotate_inputs[] = {
 427     {
 428         .name         = "default",
 429         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 430         .filter_frame = filter_frame,
 431     },
 432     { NULL }
 433 };
 434
 435 static const AVFilterPad rotate_outputs[] = {
 436     {
 437         .name         = "default",
 438         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 439         .config_props = config_props,
 440     },
 441     { NULL }
 442 };
 443
 444 AVFilter avfilter_vf_rotate = {
 445     .name          = "rotate",
 446     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Rotate the input image."),
 447     .priv_size     = sizeof(RotContext),
 448     .init          = init,
 449     .uninit        = uninit,
 450     .query_formats = query_formats,
 451     .process_command = process_command,
 452     .inputs        = rotate_inputs,
 453     .outputs       = rotate_outputs,
 454     .priv_class    = &rotate_class,
 455     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
 456 };