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 typedef struct ThreadData {
  81     AVFrame *in, *out;
  82     int inw,  inh;
  83     int outw, outh;
  84     int plane;
  85     int xi, yi;
  86     int xprime, yprime;
  87     int c, s;
  88 } ThreadData;
  89
  90 #define OFFSET(x) offsetof(RotContext, x)
  91 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  92
  93 static const AVOption rotate_options[] = {
  94     { "angle",     "set angle (in radians)",       OFFSET(angle_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  95     { "a",         "set angle (in radians)",       OFFSET(angle_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="0"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  96     { "out_w",     "set output width expression",  OFFSET(outw_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="iw"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  97     { "ow",        "set output width expression",  OFFSET(outw_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="iw"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  98     { "out_h",     "set output height expression", OFFSET(outh_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="ih"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
  99     { "oh",        "set output height expression", OFFSET(outh_expr_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="ih"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
 100     { "fillcolor", "set background fill color",    OFFSET(fillcolor_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
 101     { "c",         "set background fill color",    OFFSET(fillcolor_str), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="black"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, .flags=FLAGS },
 102     { "bilinear",  "use bilinear interpolation",   OFFSET(use_bilinear),  AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=1}, 0, 1, .flags=FLAGS },
 103     { NULL }
 104 };
 105
 106 AVFILTER_DEFINE_CLASS(rotate);
 107
 108 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 109 {
 110     RotContext *rot = ctx->priv;
 111
 112     if (!strcmp(rot->fillcolor_str, "none"))
 113         rot->fillcolor_enable = 0;
 114     else if (av_parse_color(rot->fillcolor, rot->fillcolor_str, -1, ctx) >= 0)
 115         rot->fillcolor_enable = 1;
 116     else
 117         return AVERROR(EINVAL);
 118     return 0;
 119 }
 120
 121 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 122 {
 123     RotContext *rot = ctx->priv;
 124
 125     av_expr_free(rot->angle_expr);
 126     rot->angle_expr = NULL;
 127 }
 128
 129 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 130 {
 131     static enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 132         AV_PIX_FMT_GBRP,   AV_PIX_FMT_GBRAP,
 133         AV_PIX_FMT_ARGB,   AV_PIX_FMT_RGBA,
 134         AV_PIX_FMT_ABGR,   AV_PIX_FMT_BGRA,
 135         AV_PIX_FMT_0RGB,   AV_PIX_FMT_RGB0,
 136         AV_PIX_FMT_0BGR,   AV_PIX_FMT_BGR0,
 137         AV_PIX_FMT_RGB24,  AV_PIX_FMT_BGR24,
 138         AV_PIX_FMT_GRAY8,
 139         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 140         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
 141         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 142         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUVA420P,
 143         AV_PIX_FMT_NONE
 144     };
 145
 146     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 147     return 0;
 148 }
 149
 150 static double get_rotated_w(void *opaque, double angle)
 151 {
 152     RotContext *rot = opaque;
 153     double inw = rot->var_values[VAR_IN_W];
 154     double inh = rot->var_values[VAR_IN_H];
 155     float sinx = sin(angle);
 156     float cosx = cos(angle);
 157
 158     return FFMAX(0, inh * sinx) + FFMAX(0, -inw * cosx) +
 159            FFMAX(0, inw * cosx) + FFMAX(0, -inh * sinx);
 160 }
 161
 162 static double get_rotated_h(void *opaque, double angle)
 163 {
 164     RotContext *rot = opaque;
 165     double inw = rot->var_values[VAR_IN_W];
 166     double inh = rot->var_values[VAR_IN_H];
 167     float sinx = sin(angle);
 168     float cosx = cos(angle);
 169
 170     return FFMAX(0, -inh * cosx) + FFMAX(0, -inw * sinx) +
 171            FFMAX(0,  inh * cosx) + FFMAX(0,  inw * sinx);
 172 }
 173
 174 static double (* const func1[])(void *, double) = {
 175     get_rotated_w,
 176     get_rotated_h,
 177     NULL
 178 };
 179
 180 static const char * const func1_names[] = {
 181     "rotw",
 182     "roth",
 183     NULL
 184 };
 185
 186 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
 187 {
 188     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 189     RotContext *rot = ctx->priv;
 190     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 191     const AVPixFmtDescriptor *pixdesc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 192     int ret;
 193     double res;
 194     char *expr;
 195
 196     ff_draw_init(&rot->draw, inlink->format, 0);
 197     ff_draw_color(&rot->draw, &rot->color, rot->fillcolor);
 198
 199     rot->hsub = pixdesc->log2_chroma_w;
 200     rot->vsub = pixdesc->log2_chroma_h;
 201
 202     rot->var_values[VAR_IN_W] = rot->var_values[VAR_IW] = inlink->w;
 203     rot->var_values[VAR_IN_H] = rot->var_values[VAR_IH] = inlink->h;
 204     rot->var_values[VAR_HSUB] = 1<<rot->hsub;
 205     rot->var_values[VAR_VSUB] = 1<<rot->vsub;
 206     rot->var_values[VAR_N] = NAN;
 207     rot->var_values[VAR_T] = NAN;
 208     rot->var_values[VAR_OUT_W] = rot->var_values[VAR_OW] = NAN;
 209     rot->var_values[VAR_OUT_H] = rot->var_values[VAR_OH] = NAN;
 210
 211     av_expr_free(rot->angle_expr);
 212     rot->angle_expr = NULL;
 213     if ((ret = av_expr_parse(&rot->angle_expr, expr = rot->angle_expr_str, var_names,
 214                              func1_names, func1, NULL, NULL, 0, ctx)) < 0) {
 215         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 216                "Error occurred parsing angle expression '%s'\n", rot->angle_expr_str);
 217         return ret;
 218     }
 219
 220 #define SET_SIZE_EXPR(name, opt_name) do {                                         \
 221     ret = av_expr_parse_and_eval(&res, expr = rot->name##_expr_str,                \
 222                                  var_names, rot->var_values,                       \
 223                                  func1_names, func1, NULL, NULL, rot, 0, ctx);     \
 224     if (ret < 0 || isnan(res) || isinf(res) || res <= 0) {                         \
 225         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,                                                  \
 226                "Error parsing or evaluating expression for option %s: "            \
 227                "invalid expression '%s' or non-positive or indefinite value %f\n", \
 228                opt_name, expr, res);                                               \
 229         return ret;                                                                \
 230     }                                                                              \
 231 } while (0)
 232
 233     /* evaluate width and height */
 234     av_expr_parse_and_eval(&res, expr = rot->outw_expr_str, var_names, rot->var_values,
 235                            func1_names, func1, NULL, NULL, rot, 0, ctx);
 236     rot->var_values[VAR_OUT_W] = rot->var_values[VAR_OW] = res;
 237     rot->outw = res + 0.5;
 238     SET_SIZE_EXPR(outh, "out_w");
 239     rot->var_values[VAR_OUT_H] = rot->var_values[VAR_OH] = res;
 240     rot->outh = res + 0.5;
 241
 242     /* evaluate the width again, as it may depend on the evaluated output height */
 243     SET_SIZE_EXPR(outw, "out_h");
 244     rot->var_values[VAR_OUT_W] = rot->var_values[VAR_OW] = res;
 245     rot->outw = res + 0.5;
 246
 247     /* compute number of planes */
 248     rot->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 249     outlink->w = rot->outw;
 250     outlink->h = rot->outh;
 251     return 0;
 252 }
 253
 254 #define FIXP (1<<16)
 255 #define INT_PI 205887 //(M_PI * FIXP)
 256
 257 /**
 258  * Compute the sin of a using integer values.
 259  * Input and output values are scaled by FIXP.
 260  */
 261 static int64_t int_sin(int64_t a)
 262 {
 263     int64_t a2, res = 0;
 264     int i;
 265     if (a < 0) a = INT_PI-a; // 0..inf
 266     a %= 2 * INT_PI;         // 0..2PI
 267
 268     if (a >= INT_PI*3/2) a -= 2*INT_PI;  // -PI/2 .. 3PI/2
 269     if (a >= INT_PI/2  ) a = INT_PI - a; // -PI/2 ..  PI/2
 270
 271     /* compute sin using Taylor series approximated to the third term */
 272     a2 = (a*a)/FIXP;
 273     for (i = 2; i < 7; i += 2) {
 274         res += a;
 275         a = -a*a2 / (FIXP*i*(i+1));
 276     }
 277     return res;
 278 }
 279
 280 /**
 281  * Interpolate the color in src at position x and y using bilinear
 282  * interpolation.
 283  */
 284 static uint8_t *interpolate_bilinear(uint8_t *dst_color,
 285                                      const uint8_t *src, int src_linesize, int src_linestep,
 286                                      int x, int y, int max_x, int max_y)
 287 {
 288     int int_x = av_clip(x>>16, 0, max_x);
 289     int int_y = av_clip(y>>16, 0, max_y);
 290     int frac_x = x&0xFFFF;
 291     int frac_y = y&0xFFFF;
 292     int i;
 293     int int_x1 = FFMIN(int_x+1, max_x);
 294     int int_y1 = FFMIN(int_y+1, max_y);
 295
 296     for (i = 0; i < src_linestep; i++) {
 297         int s00 = src[src_linestep * int_x  + i + src_linesize * int_y ];
 298         int s01 = src[src_linestep * int_x1 + i + src_linesize * int_y ];
 299         int s10 = src[src_linestep * int_x  + i + src_linesize * int_y1];
 300         int s11 = src[src_linestep * int_x1 + i + src_linesize * int_y1];
 301         int s0 = (((1<<16) - frac_x)*s00 + frac_x*s01);
 302         int s1 = (((1<<16) - frac_x)*s10 + frac_x*s11);
 303
 304         dst_color[i] = ((int64_t)((1<<16) - frac_y)*s0 + (int64_t)frac_y*s1) >> 32;
 305     }
 306
 307     return dst_color;
 308 }
 309
 310 #define TS2T(ts, tb) ((ts) == AV_NOPTS_VALUE ? NAN : (double)(ts)*av_q2d(tb))
 311
 312 static int filter_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int job, int nb_jobs)
 313 {
 314     ThreadData *td = arg;
 315     AVFrame *in = td->in;
 316     AVFrame *out = td->out;
 317     RotContext *rot = ctx->priv;
 318     const int outw = td->outw, outh = td->outh;
 319     const int inw = td->inw, inh = td->inh;
 320     const int plane = td->plane;
 321     const int xi = td->xi, yi = td->yi;
 322     const int c = td->c, s = td->s;
 323     const int start = (outh *  job   ) / nb_jobs;
 324     const int end   = (outh * (job+1)) / nb_jobs;
 325     int xprime = td->xprime + start * s;
 326     int yprime = td->yprime + start * c;
 327     int i, j, x, y;
 328
 329     for (j = start; j < end; j++) {
 330         x = xprime + xi + FIXP*inw/2;
 331         y = yprime + yi + FIXP*inh/2;
 332
 333         for (i = 0; i < outw; i++) {
 334             int32_t v;
 335             int x1, y1;
 336             uint8_t *pin, *pout;
 337             x += c;
 338             y -= s;
 339             x1 = x>>16;
 340             y1 = y>>16;
 341
 342             /* the out-of-range values avoid border artifacts */
 343             if (x1 >= -1 && x1 <= inw && y1 >= -1 && y1 <= inh) {
 344                 uint8_t inp_inv[4]; /* interpolated input value */
 345                 pout = out->data[plane] + j * out->linesize[plane] + i * rot->draw.pixelstep[plane];
 346                 if (rot->use_bilinear) {
 347                     pin = interpolate_bilinear(inp_inv,
 348                                                in->data[plane], in->linesize[plane], rot->draw.pixelstep[plane],
 349                                                x, y, inw-1, inh-1);
 350                 } else {
 351                     int x2 = av_clip(x1, 0, inw-1);
 352                     int y2 = av_clip(y1, 0, inh-1);
 353                     pin = in->data[plane] + y2 * in->linesize[plane] + x2 * rot->draw.pixelstep[plane];
 354                 }
 355                 switch (rot->draw.pixelstep[plane]) {
 356                 case 1:
 357                     *pout = *pin;
 358                     break;
 359                 case 2:
 360                     *((uint16_t *)pout) = *((uint16_t *)pin);
 361                     break;
 362                 case 3:
 363                     v = AV_RB24(pin);
 364                     AV_WB24(pout, v);
 365                     break;
 366                 case 4:
 367                     *((uint32_t *)pout) = *((uint32_t *)pin);
 368                     break;
 369                 default:
 370                     memcpy(pout, pin, rot->draw.pixelstep[plane]);
 371                     break;
 372                 }
 373             }
 374         }
 375         xprime += s;
 376         yprime += c;
 377     }
 378
 379     return 0;
 380 }
 381
 382 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 383 {
 384     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 385     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 386     AVFrame *out;
 387     RotContext *rot = ctx->priv;
 388     int angle_int, s, c, plane;
 389     double res;
 390
 391     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 392     if (!out) {
 393         av_frame_free(&in);
 394         return AVERROR(ENOMEM);
 395     }
 396     av_frame_copy_props(out, in);
 397
 398     rot->var_values[VAR_N] = inlink->frame_count;
 399     rot->var_values[VAR_T] = TS2T(in->pts, inlink->time_base);
 400     rot->angle = res = av_expr_eval(rot->angle_expr, rot->var_values, rot);
 401
 402     av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "n:%f time:%f angle:%f/PI\n",
 403            rot->var_values[VAR_N], rot->var_values[VAR_T], rot->angle/M_PI);
 404
 405     angle_int = res * FIXP;
 406     s = int_sin(angle_int);
 407     c = int_sin(angle_int + INT_PI/2);
 408
 409     /* fill background */
 410     if (rot->fillcolor_enable)
 411         ff_fill_rectangle(&rot->draw, &rot->color, out->data, out->linesize,
 412                           0, 0, outlink->w, outlink->h);
 413
 414     for (plane = 0; plane < rot->nb_planes; plane++) {
 415         int hsub = plane == 1 || plane == 2 ? rot->hsub : 0;
 416         int vsub = plane == 1 || plane == 2 ? rot->vsub : 0;
 417         const int outw = FF_CEIL_RSHIFT(outlink->w, hsub);
 418         const int outh = FF_CEIL_RSHIFT(outlink->h, vsub);
 419         ThreadData td = { .in = in,   .out  = out,
 420                           .inw  = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, hsub),
 421                           .inh  = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, vsub),
 422                           .outh = outh, .outw = outw,
 423                           .xi = -outw/2 * c, .yi =  outw/2 * s,
 424                           .xprime = -outh/2 * s,
 425                           .yprime = -outh/2 * c,
 426                           .plane = plane, .c = c, .s = s };
 427
 428
 429         ctx->internal->execute(ctx, filter_slice, &td, NULL, FFMIN(outh, ctx->graph->nb_threads));
 430     }
 431
 432     av_frame_free(&in);
 433     return ff_filter_frame(outlink, out);
 434 }
 435
 436 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 437                            char *res, int res_len, int flags)
 438 {
 439     RotContext *rot = ctx->priv;
 440     int ret;
 441
 442     if (!strcmp(cmd, "angle") || !strcmp(cmd, "a")) {
 443         AVExpr *old = rot->angle_expr;
 444         ret = av_expr_parse(&rot->angle_expr, args, var_names,
 445                             NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx);
 446         if (ret < 0) {
 447             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 448                    "Error when parsing the expression '%s' for angle command\n", args);
 449             rot->angle_expr = old;
 450             return ret;
 451         }
 452         av_expr_free(old);
 453     } else
 454         ret = AVERROR(ENOSYS);
 455
 456     return ret;
 457 }
 458
 459 static const AVFilterPad rotate_inputs[] = {
 460     {
 461         .name         = "default",
 462         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 463         .filter_frame = filter_frame,
 464     },
 465     { NULL }
 466 };
 467
 468 static const AVFilterPad rotate_outputs[] = {
 469     {
 470         .name         = "default",
 471         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 472         .config_props = config_props,
 473     },
 474     { NULL }
 475 };
 476
 477 AVFilter ff_vf_rotate = {
 478     .name          = "rotate",
 479     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Rotate the input image."),
 480     .priv_size     = sizeof(RotContext),
 481     .init          = init,
 482     .uninit        = uninit,
 483     .query_formats = query_formats,
 484     .process_command = process_command,
 485     .inputs        = rotate_inputs,
 486     .outputs       = rotate_outputs,
 487     .priv_class    = &rotate_class,
 488     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 489 };