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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2010 Mark Heath mjpeg0 @ silicontrip dot org
   3  * Copyright (c) 2014 Clément Bœsch
   4  * Copyright (c) 2014 Dave Rice @dericed
   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 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  24 #include "libavutil/opt.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26 #include "internal.h"
  27
  28 enum FilterMode {
  29     FILTER_NONE = -1,
  30     FILTER_TOUT,
  31     FILTER_VREP,
  32     FILTER_BRNG,
  33     FILT_NUMB
  34 };
  35
  36 typedef struct SignalstatsContext {
  37     const AVClass *class;
  38     int chromah;    // height of chroma plane
  39     int chromaw;    // width of chroma plane
  40     int hsub;       // horizontal subsampling
  41     int vsub;       // vertical subsampling
  42     int depth;      // pixel depth
  43     int fs;         // pixel count per frame
  44     int cfs;        // pixel count per frame of chroma planes
  45     int outfilter;  // FilterMode
  46     int filters;
  47     AVFrame *frame_prev;
  48     uint8_t rgba_color[4];
  49     int yuv_color[3];
  50     int nb_jobs;
  51     int *jobs_rets;
  52
  53     int maxsize;    // history stats array size
  54     int *histy, *histu, *histv, *histsat;
  55
  56     AVFrame *frame_sat;
  57     AVFrame *frame_hue;
  58 } SignalstatsContext;
  59
  60 typedef struct ThreadData {
  61     const AVFrame *in;
  62     AVFrame *out;
  63 } ThreadData;
  64
  65 typedef struct ThreadDataHueSatMetrics {
  66     const AVFrame *src;
  67     AVFrame *dst_sat, *dst_hue;
  68 } ThreadDataHueSatMetrics;
  69
  70 #define OFFSET(x) offsetof(SignalstatsContext, x)
  71 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  72
  73 static const AVOption signalstats_options[] = {
  74     {"stat", "set statistics filters", OFFSET(filters), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64=0}, 0, INT_MAX, FLAGS, "filters"},
  75         {"tout", "analyze pixels for temporal outliers",                0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1<<FILTER_TOUT}, 0, 0, FLAGS, "filters"},
  76         {"vrep", "analyze video lines for vertical line repetition",    0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1<<FILTER_VREP}, 0, 0, FLAGS, "filters"},
  77         {"brng", "analyze for pixels outside of broadcast range",       0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=1<<FILTER_BRNG}, 0, 0, FLAGS, "filters"},
  78     {"out", "set video filter", OFFSET(outfilter), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=FILTER_NONE}, -1, FILT_NUMB-1, FLAGS, "out"},
  79         {"tout", "highlight pixels that depict temporal outliers",              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FILTER_TOUT}, 0, 0, FLAGS, "out"},
  80         {"vrep", "highlight video lines that depict vertical line repetition",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FILTER_VREP}, 0, 0, FLAGS, "out"},
  81         {"brng", "highlight pixels that are outside of broadcast range",        0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=FILTER_BRNG}, 0, 0, FLAGS, "out"},
  82     {"c",     "set highlight color", OFFSET(rgba_color), AV_OPT_TYPE_COLOR, {.str="yellow"}, .flags=FLAGS},
  83     {"color", "set highlight color", OFFSET(rgba_color), AV_OPT_TYPE_COLOR, {.str="yellow"}, .flags=FLAGS},
  84     {NULL}
  85 };
  86
  87 AVFILTER_DEFINE_CLASS(signalstats);
  88
  89 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
  90 {
  91     uint8_t r, g, b;
  92     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
  93
  94     if (s->outfilter != FILTER_NONE)
  95         s->filters |= 1 << s->outfilter;
  96
  97     r = s->rgba_color[0];
  98     g = s->rgba_color[1];
  99     b = s->rgba_color[2];
 100     s->yuv_color[0] = (( 66*r + 129*g +  25*b + (1<<7)) >> 8) +  16;
 101     s->yuv_color[1] = ((-38*r + -74*g + 112*b + (1<<7)) >> 8) + 128;
 102     s->yuv_color[2] = ((112*r + -94*g + -18*b + (1<<7)) >> 8) + 128;
 103     return 0;
 104 }
 105
 106 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 107 {
 108     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 109     av_frame_free(&s->frame_prev);
 110     av_frame_free(&s->frame_sat);
 111     av_frame_free(&s->frame_hue);
 112     av_freep(&s->jobs_rets);
 113     av_freep(&s->histy);
 114     av_freep(&s->histu);
 115     av_freep(&s->histv);
 116     av_freep(&s->histsat);
 117 }
 118
 119 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 120 {
 121     // TODO: add more
 122     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 123         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
 124         AV_PIX_FMT_YUV440P,
 125         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
 126         AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 127         AV_PIX_FMT_YUV444P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV420P9,
 128         AV_PIX_FMT_YUV444P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV420P10,
 129         AV_PIX_FMT_YUV440P10,
 130         AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
 131         AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 132         AV_PIX_FMT_YUV444P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV420P14,
 133         AV_PIX_FMT_YUV444P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV420P16,
 134         AV_PIX_FMT_NONE
 135     };
 136
 137     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 138     if (!fmts_list)
 139         return AVERROR(ENOMEM);
 140     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 141 }
 142
 143 static AVFrame *alloc_frame(enum AVPixelFormat pixfmt, int w, int h)
 144 {
 145     AVFrame *frame = av_frame_alloc();
 146     if (!frame)
 147         return NULL;
 148
 149     frame->format = pixfmt;
 150     frame->width  = w;
 151     frame->height = h;
 152
 153     if (av_frame_get_buffer(frame, 0) < 0) {
 154         av_frame_free(&frame);
 155         return NULL;
 156     }
 157
 158     return frame;
 159 }
 160
 161 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 162 {
 163     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 164     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 165     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 166     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 167     s->hsub = desc->log2_chroma_w;
 168     s->vsub = desc->log2_chroma_h;
 169     s->depth = desc->comp[0].depth;
 170     s->maxsize = 1 << s->depth;
 171     s->histy = av_malloc_array(s->maxsize, sizeof(*s->histy));
 172     s->histu = av_malloc_array(s->maxsize, sizeof(*s->histu));
 173     s->histv = av_malloc_array(s->maxsize, sizeof(*s->histv));
 174     s->histsat = av_malloc_array(s->maxsize, sizeof(*s->histsat));
 175
 176     if (!s->histy || !s->histu || !s->histv || !s->histsat)
 177         return AVERROR(ENOMEM);
 178
 179     outlink->w = inlink->w;
 180     outlink->h = inlink->h;
 181
 182     s->chromaw = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, s->hsub);
 183     s->chromah = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, s->vsub);
 184
 185     s->fs = inlink->w * inlink->h;
 186     s->cfs = s->chromaw * s->chromah;
 187
 188     s->nb_jobs   = FFMAX(1, FFMIN(inlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 189     s->jobs_rets = av_malloc_array(s->nb_jobs, sizeof(*s->jobs_rets));
 190     if (!s->jobs_rets)
 191         return AVERROR(ENOMEM);
 192
 193     s->frame_sat = alloc_frame(s->depth > 8 ? AV_PIX_FMT_GRAY16 : AV_PIX_FMT_GRAY8,  inlink->w, inlink->h);
 194     s->frame_hue = alloc_frame(AV_PIX_FMT_GRAY16, inlink->w, inlink->h);
 195     if (!s->frame_sat || !s->frame_hue)
 196         return AVERROR(ENOMEM);
 197
 198     return 0;
 199 }
 200
 201 static void burn_frame8(const SignalstatsContext *s, AVFrame *f, int x, int y)
 202 {
 203     const int chromax = x >> s->hsub;
 204     const int chromay = y >> s->vsub;
 205     f->data[0][y       * f->linesize[0] +       x] = s->yuv_color[0];
 206     f->data[1][chromay * f->linesize[1] + chromax] = s->yuv_color[1];
 207     f->data[2][chromay * f->linesize[2] + chromax] = s->yuv_color[2];
 208 }
 209
 210 static void burn_frame16(const SignalstatsContext *s, AVFrame *f, int x, int y)
 211 {
 212     const int chromax = x >> s->hsub;
 213     const int chromay = y >> s->vsub;
 214     const int mult = 1 << (s->depth - 8);
 215     AV_WN16(f->data[0] + y       * f->linesize[0] +       x * 2, s->yuv_color[0] * mult);
 216     AV_WN16(f->data[1] + chromay * f->linesize[1] + chromax * 2, s->yuv_color[1] * mult);
 217     AV_WN16(f->data[2] + chromay * f->linesize[2] + chromax * 2, s->yuv_color[2] * mult);
 218 }
 219
 220 static int filter8_brng(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 221 {
 222     ThreadData *td = arg;
 223     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 224     const AVFrame *in = td->in;
 225     AVFrame *out = td->out;
 226     const int w = in->width;
 227     const int h = in->height;
 228     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 229     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 230     int x, y, score = 0;
 231
 232     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 233         const int yc = y >> s->vsub;
 234         const uint8_t *pluma    = &in->data[0][y  * in->linesize[0]];
 235         const uint8_t *pchromau = &in->data[1][yc * in->linesize[1]];
 236         const uint8_t *pchromav = &in->data[2][yc * in->linesize[2]];
 237
 238         for (x = 0; x < w; x++) {
 239             const int xc = x >> s->hsub;
 240             const int luma    = pluma[x];
 241             const int chromau = pchromau[xc];
 242             const int chromav = pchromav[xc];
 243             const int filt = luma    < 16 || luma    > 235 ||
 244                 chromau < 16 || chromau > 240 ||
 245                 chromav < 16 || chromav > 240;
 246             score += filt;
 247             if (out && filt)
 248                 burn_frame8(s, out, x, y);
 249         }
 250     }
 251     return score;
 252 }
 253
 254 static int filter16_brng(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 255 {
 256     ThreadData *td = arg;
 257     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 258     const AVFrame *in = td->in;
 259     AVFrame *out = td->out;
 260     const int mult = 1 << (s->depth - 8);
 261     const int w = in->width;
 262     const int h = in->height;
 263     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 264     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 265     int x, y, score = 0;
 266
 267     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 268         const int yc = y >> s->vsub;
 269         const uint16_t *pluma    = (uint16_t *)&in->data[0][y  * in->linesize[0]];
 270         const uint16_t *pchromau = (uint16_t *)&in->data[1][yc * in->linesize[1]];
 271         const uint16_t *pchromav = (uint16_t *)&in->data[2][yc * in->linesize[2]];
 272
 273         for (x = 0; x < w; x++) {
 274             const int xc = x >> s->hsub;
 275             const int luma    = pluma[x];
 276             const int chromau = pchromau[xc];
 277             const int chromav = pchromav[xc];
 278             const int filt = luma    < 16 * mult || luma    > 235 * mult ||
 279                 chromau < 16 * mult || chromau > 240 * mult ||
 280                 chromav < 16 * mult || chromav > 240 * mult;
 281             score += filt;
 282             if (out && filt)
 283                 burn_frame16(s, out, x, y);
 284         }
 285     }
 286     return score;
 287 }
 288
 289 static int filter_tout_outlier(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t z)
 290 {
 291     return ((abs(x - y) + abs (z - y)) / 2) - abs(z - x) > 4; // make 4 configurable?
 292 }
 293
 294 static int filter8_tout(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 295 {
 296     ThreadData *td = arg;
 297     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 298     const AVFrame *in = td->in;
 299     AVFrame *out = td->out;
 300     const int w = in->width;
 301     const int h = in->height;
 302     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 303     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 304     const uint8_t *p = in->data[0];
 305     int lw = in->linesize[0];
 306     int x, y, score = 0, filt;
 307
 308     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 309
 310         if (y - 1 < 0 || y + 1 >= h)
 311             continue;
 312
 313         // detect two pixels above and below (to eliminate interlace artefacts)
 314         // should check that video format is infact interlaced.
 315
 316 #define FILTER(i, j) \
 317         filter_tout_outlier(p[(y-j) * lw + x + i], \
 318                             p[    y * lw + x + i], \
 319                             p[(y+j) * lw + x + i])
 320
 321 #define FILTER3(j) (FILTER(-1, j) && FILTER(0, j) && FILTER(1, j))
 322
 323         if (y - 2 >= 0 && y + 2 < h) {
 324             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 325                 filt = FILTER3(2) && FILTER3(1);
 326                 score += filt;
 327                 if (filt && out)
 328                     burn_frame8(s, out, x, y);
 329             }
 330         } else {
 331             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 332                 filt = FILTER3(1);
 333                 score += filt;
 334                 if (filt && out)
 335                     burn_frame8(s, out, x, y);
 336             }
 337         }
 338     }
 339     return score;
 340 }
 341
 342 static int filter16_tout(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 343 {
 344     ThreadData *td = arg;
 345     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 346     const AVFrame *in = td->in;
 347     AVFrame *out = td->out;
 348     const int w = in->width;
 349     const int h = in->height;
 350     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 351     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 352     const uint16_t *p = (uint16_t *)in->data[0];
 353     int lw = in->linesize[0] / 2;
 354     int x, y, score = 0, filt;
 355
 356     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 357
 358         if (y - 1 < 0 || y + 1 >= h)
 359             continue;
 360
 361         // detect two pixels above and below (to eliminate interlace artefacts)
 362         // should check that video format is infact interlaced.
 363
 364         if (y - 2 >= 0 && y + 2 < h) {
 365             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 366                 filt = FILTER3(2) && FILTER3(1);
 367                 score += filt;
 368                 if (filt && out)
 369                     burn_frame16(s, out, x, y);
 370             }
 371         } else {
 372             for (x = 1; x < w - 1; x++) {
 373                 filt = FILTER3(1);
 374                 score += filt;
 375                 if (filt && out)
 376                     burn_frame16(s, out, x, y);
 377             }
 378         }
 379     }
 380     return score;
 381 }
 382
 383 #define VREP_START 4
 384
 385 static int filter8_vrep(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 386 {
 387     ThreadData *td = arg;
 388     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 389     const AVFrame *in = td->in;
 390     AVFrame *out = td->out;
 391     const int w = in->width;
 392     const int h = in->height;
 393     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 394     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 395     const uint8_t *p = in->data[0];
 396     const int lw = in->linesize[0];
 397     int x, y, score = 0;
 398
 399     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 400         const int y2lw = (y - VREP_START) * lw;
 401         const int ylw  =  y               * lw;
 402         int filt, totdiff = 0;
 403
 404         if (y < VREP_START)
 405             continue;
 406
 407         for (x = 0; x < w; x++)
 408             totdiff += abs(p[y2lw + x] - p[ylw + x]);
 409         filt = totdiff < w;
 410
 411         score += filt;
 412         if (filt && out)
 413             for (x = 0; x < w; x++)
 414                 burn_frame8(s, out, x, y);
 415     }
 416     return score * w;
 417 }
 418
 419 static int filter16_vrep(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 420 {
 421     ThreadData *td = arg;
 422     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 423     const AVFrame *in = td->in;
 424     AVFrame *out = td->out;
 425     const int w = in->width;
 426     const int h = in->height;
 427     const int slice_start = (h *  jobnr   ) / nb_jobs;
 428     const int slice_end   = (h * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 429     const uint16_t *p = (uint16_t *)in->data[0];
 430     const int lw = in->linesize[0] / 2;
 431     int x, y, score = 0;
 432
 433     for (y = slice_start; y < slice_end; y++) {
 434         const int y2lw = (y - VREP_START) * lw;
 435         const int ylw  =  y               * lw;
 436         int64_t totdiff = 0;
 437         int filt;
 438
 439         if (y < VREP_START)
 440             continue;
 441
 442         for (x = 0; x < w; x++)
 443             totdiff += abs(p[y2lw + x] - p[ylw + x]);
 444         filt = totdiff < w;
 445
 446         score += filt;
 447         if (filt && out)
 448             for (x = 0; x < w; x++)
 449                 burn_frame16(s, out, x, y);
 450     }
 451     return score * w;
 452 }
 453
 454 static const struct {
 455     const char *name;
 456     int (*process8)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
 457     int (*process16)(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs);
 458 } filters_def[] = {
 459     {"TOUT", filter8_tout, filter16_tout},
 460     {"VREP", filter8_vrep, filter16_vrep},
 461     {"BRNG", filter8_brng, filter16_brng},
 462     {NULL}
 463 };
 464
 465 static int compute_sat_hue_metrics8(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 466 {
 467     int i, j;
 468     ThreadDataHueSatMetrics *td = arg;
 469     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 470     const AVFrame *src = td->src;
 471     AVFrame *dst_sat = td->dst_sat;
 472     AVFrame *dst_hue = td->dst_hue;
 473
 474     const int slice_start = (s->chromah *  jobnr   ) / nb_jobs;
 475     const int slice_end   = (s->chromah * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 476
 477     const int lsz_u = src->linesize[1];
 478     const int lsz_v = src->linesize[2];
 479     const uint8_t *p_u = src->data[1] + slice_start * lsz_u;
 480     const uint8_t *p_v = src->data[2] + slice_start * lsz_v;
 481
 482     const int lsz_sat = dst_sat->linesize[0];
 483     const int lsz_hue = dst_hue->linesize[0];
 484     uint8_t *p_sat = dst_sat->data[0] + slice_start * lsz_sat;
 485     uint8_t *p_hue = dst_hue->data[0] + slice_start * lsz_hue;
 486
 487     for (j = slice_start; j < slice_end; j++) {
 488         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 489             const int yuvu = p_u[i];
 490             const int yuvv = p_v[i];
 491             p_sat[i] = hypot(yuvu - 128, yuvv - 128); // int or round?
 492             ((int16_t*)p_hue)[i] = fmod(floor((180 / M_PI) * atan2f(yuvu-128, yuvv-128) + 180), 360.);
 493         }
 494         p_u   += lsz_u;
 495         p_v   += lsz_v;
 496         p_sat += lsz_sat;
 497         p_hue += lsz_hue;
 498     }
 499
 500     return 0;
 501 }
 502
 503 static int compute_sat_hue_metrics16(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
 504 {
 505     int i, j;
 506     ThreadDataHueSatMetrics *td = arg;
 507     const SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 508     const AVFrame *src = td->src;
 509     AVFrame *dst_sat = td->dst_sat;
 510     AVFrame *dst_hue = td->dst_hue;
 511     const int mid = 1 << (s->depth - 1);
 512
 513     const int slice_start = (s->chromah *  jobnr   ) / nb_jobs;
 514     const int slice_end   = (s->chromah * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 515
 516     const int lsz_u = src->linesize[1] / 2;
 517     const int lsz_v = src->linesize[2] / 2;
 518     const uint16_t *p_u = (uint16_t*)src->data[1] + slice_start * lsz_u;
 519     const uint16_t *p_v = (uint16_t*)src->data[2] + slice_start * lsz_v;
 520
 521     const int lsz_sat = dst_sat->linesize[0] / 2;
 522     const int lsz_hue = dst_hue->linesize[0] / 2;
 523     uint16_t *p_sat = (uint16_t*)dst_sat->data[0] + slice_start * lsz_sat;
 524     uint16_t *p_hue = (uint16_t*)dst_hue->data[0] + slice_start * lsz_hue;
 525
 526     for (j = slice_start; j < slice_end; j++) {
 527         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 528             const int yuvu = p_u[i];
 529             const int yuvv = p_v[i];
 530             p_sat[i] = hypot(yuvu - mid, yuvv - mid); // int or round?
 531             ((int16_t*)p_hue)[i] = fmod(floor((180 / M_PI) * atan2f(yuvu-mid, yuvv-mid) + 180), 360.);
 532         }
 533         p_u   += lsz_u;
 534         p_v   += lsz_v;
 535         p_sat += lsz_sat;
 536         p_hue += lsz_hue;
 537     }
 538
 539     return 0;
 540 }
 541
 542 static unsigned compute_bit_depth(uint16_t mask)
 543 {
 544     return av_popcount(mask);
 545 }
 546
 547 static int filter_frame8(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
 548 {
 549     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 550     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 551     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 552     AVFrame *out = in;
 553     int i, j;
 554     int  w = 0,  cw = 0, // in
 555         pw = 0, cpw = 0; // prev
 556     int fil;
 557     char metabuf[128];
 558     unsigned int *histy = s->histy,
 559                  *histu = s->histu,
 560                  *histv = s->histv,
 561                  histhue[360] = {0},
 562                  *histsat = s->histsat;
 563     int miny  = -1, minu  = -1, minv  = -1;
 564     int maxy  = -1, maxu  = -1, maxv  = -1;
 565     int lowy  = -1, lowu  = -1, lowv  = -1;
 566     int highy = -1, highu = -1, highv = -1;
 567     int minsat = -1, maxsat = -1, lowsat = -1, highsat = -1;
 568     int lowp, highp, clowp, chighp;
 569     int accy, accu, accv;
 570     int accsat, acchue = 0;
 571     int medhue, maxhue;
 572     int toty = 0, totu = 0, totv = 0, totsat=0;
 573     int tothue = 0;
 574     int dify = 0, difu = 0, difv = 0;
 575     uint16_t masky = 0, masku = 0, maskv = 0;
 576
 577     int filtot[FILT_NUMB] = {0};
 578     AVFrame *prev;
 579
 580     AVFrame *sat = s->frame_sat;
 581     AVFrame *hue = s->frame_hue;
 582     const uint8_t *p_sat = sat->data[0];
 583     const uint8_t *p_hue = hue->data[0];
 584     const int lsz_sat = sat->linesize[0];
 585     const int lsz_hue = hue->linesize[0];
 586     ThreadDataHueSatMetrics td_huesat = {
 587         .src     = in,
 588         .dst_sat = sat,
 589         .dst_hue = hue,
 590     };
 591
 592     if (!s->frame_prev)
 593         s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 594
 595     prev = s->frame_prev;
 596
 597     if (s->outfilter != FILTER_NONE) {
 598         out = av_frame_clone(in);
 599         av_frame_make_writable(out);
 600     }
 601
 602     ctx->internal->execute(ctx, compute_sat_hue_metrics8, &td_huesat,
 603                            NULL, FFMIN(s->chromah, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 604
 605     // Calculate luma histogram and difference with previous frame or field.
 606     memset(s->histy, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histy));
 607     for (j = 0; j < link->h; j++) {
 608         for (i = 0; i < link->w; i++) {
 609             const int yuv = in->data[0][w + i];
 610
 611             masky |= yuv;
 612             histy[yuv]++;
 613             dify += abs(yuv - prev->data[0][pw + i]);
 614         }
 615         w  += in->linesize[0];
 616         pw += prev->linesize[0];
 617     }
 618
 619     // Calculate chroma histogram and difference with previous frame or field.
 620     memset(s->histu, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histu));
 621     memset(s->histv, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histv));
 622     memset(s->histsat, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histsat));
 623     for (j = 0; j < s->chromah; j++) {
 624         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 625             const int yuvu = in->data[1][cw+i];
 626             const int yuvv = in->data[2][cw+i];
 627
 628             masku |= yuvu;
 629             maskv |= yuvv;
 630             histu[yuvu]++;
 631             difu += abs(yuvu - prev->data[1][cpw+i]);
 632             histv[yuvv]++;
 633             difv += abs(yuvv - prev->data[2][cpw+i]);
 634
 635             histsat[p_sat[i]]++;
 636             histhue[((int16_t*)p_hue)[i]]++;
 637         }
 638         cw  += in->linesize[1];
 639         cpw += prev->linesize[1];
 640         p_sat += lsz_sat;
 641         p_hue += lsz_hue;
 642     }
 643
 644     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 645         if (s->filters & 1<<fil) {
 646             ThreadData td = {
 647                 .in = in,
 648                 .out = out != in && s->outfilter == fil ? out : NULL,
 649             };
 650             memset(s->jobs_rets, 0, s->nb_jobs * sizeof(*s->jobs_rets));
 651             ctx->internal->execute(ctx, filters_def[fil].process8,
 652                                    &td, s->jobs_rets, s->nb_jobs);
 653             for (i = 0; i < s->nb_jobs; i++)
 654                 filtot[fil] += s->jobs_rets[i];
 655         }
 656     }
 657
 658     // find low / high based on histogram percentile
 659     // these only need to be calculated once.
 660
 661     lowp   = lrint(s->fs  * 10 / 100.);
 662     highp  = lrint(s->fs  * 90 / 100.);
 663     clowp  = lrint(s->cfs * 10 / 100.);
 664     chighp = lrint(s->cfs * 90 / 100.);
 665
 666     accy = accu = accv = accsat = 0;
 667     for (fil = 0; fil < s->maxsize; fil++) {
 668         if (miny   < 0 && histy[fil])   miny = fil;
 669         if (minu   < 0 && histu[fil])   minu = fil;
 670         if (minv   < 0 && histv[fil])   minv = fil;
 671         if (minsat < 0 && histsat[fil]) minsat = fil;
 672
 673         if (histy[fil])   maxy   = fil;
 674         if (histu[fil])   maxu   = fil;
 675         if (histv[fil])   maxv   = fil;
 676         if (histsat[fil]) maxsat = fil;
 677
 678         toty   += histy[fil]   * fil;
 679         totu   += histu[fil]   * fil;
 680         totv   += histv[fil]   * fil;
 681         totsat += histsat[fil] * fil;
 682
 683         accy   += histy[fil];
 684         accu   += histu[fil];
 685         accv   += histv[fil];
 686         accsat += histsat[fil];
 687
 688         if (lowy   == -1 && accy   >=  lowp) lowy   = fil;
 689         if (lowu   == -1 && accu   >= clowp) lowu   = fil;
 690         if (lowv   == -1 && accv   >= clowp) lowv   = fil;
 691         if (lowsat == -1 && accsat >= clowp) lowsat = fil;
 692
 693         if (highy   == -1 && accy   >=  highp) highy   = fil;
 694         if (highu   == -1 && accu   >= chighp) highu   = fil;
 695         if (highv   == -1 && accv   >= chighp) highv   = fil;
 696         if (highsat == -1 && accsat >= chighp) highsat = fil;
 697     }
 698
 699     maxhue = histhue[0];
 700     medhue = -1;
 701     for (fil = 0; fil < 360; fil++) {
 702         tothue += histhue[fil] * fil;
 703         acchue += histhue[fil];
 704
 705         if (medhue == -1 && acchue > s->cfs / 2)
 706             medhue = fil;
 707         if (histhue[fil] > maxhue) {
 708             maxhue = histhue[fil];
 709         }
 710     }
 711
 712     av_frame_free(&s->frame_prev);
 713     s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 714
 715 #define SET_META(key, fmt, val) do {                                \
 716     snprintf(metabuf, sizeof(metabuf), fmt, val);                   \
 717     av_dict_set(&out->metadata, "lavfi.signalstats." key, metabuf, 0);   \
 718 } while (0)
 719
 720     SET_META("YMIN",    "%d", miny);
 721     SET_META("YLOW",    "%d", lowy);
 722     SET_META("YAVG",    "%g", 1.0 * toty / s->fs);
 723     SET_META("YHIGH",   "%d", highy);
 724     SET_META("YMAX",    "%d", maxy);
 725
 726     SET_META("UMIN",    "%d", minu);
 727     SET_META("ULOW",    "%d", lowu);
 728     SET_META("UAVG",    "%g", 1.0 * totu / s->cfs);
 729     SET_META("UHIGH",   "%d", highu);
 730     SET_META("UMAX",    "%d", maxu);
 731
 732     SET_META("VMIN",    "%d", minv);
 733     SET_META("VLOW",    "%d", lowv);
 734     SET_META("VAVG",    "%g", 1.0 * totv / s->cfs);
 735     SET_META("VHIGH",   "%d", highv);
 736     SET_META("VMAX",    "%d", maxv);
 737
 738     SET_META("SATMIN",  "%d", minsat);
 739     SET_META("SATLOW",  "%d", lowsat);
 740     SET_META("SATAVG",  "%g", 1.0 * totsat / s->cfs);
 741     SET_META("SATHIGH", "%d", highsat);
 742     SET_META("SATMAX",  "%d", maxsat);
 743
 744     SET_META("HUEMED",  "%d", medhue);
 745     SET_META("HUEAVG",  "%g", 1.0 * tothue / s->cfs);
 746
 747     SET_META("YDIF",    "%g", 1.0 * dify / s->fs);
 748     SET_META("UDIF",    "%g", 1.0 * difu / s->cfs);
 749     SET_META("VDIF",    "%g", 1.0 * difv / s->cfs);
 750
 751     SET_META("YBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masky));
 752     SET_META("UBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masku));
 753     SET_META("VBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(maskv));
 754
 755     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 756         if (s->filters & 1<<fil) {
 757             char metaname[128];
 758             snprintf(metabuf,  sizeof(metabuf),  "%g", 1.0 * filtot[fil] / s->fs);
 759             snprintf(metaname, sizeof(metaname), "lavfi.signalstats.%s", filters_def[fil].name);
 760             av_dict_set(&out->metadata, metaname, metabuf, 0);
 761         }
 762     }
 763
 764     if (in != out)
 765         av_frame_free(&in);
 766     return ff_filter_frame(outlink, out);
 767 }
 768
 769 static int filter_frame16(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
 770 {
 771     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 772     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 773     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 774     AVFrame *out = in;
 775     int i, j;
 776     int  w = 0,  cw = 0, // in
 777         pw = 0, cpw = 0; // prev
 778     int fil;
 779     char metabuf[128];
 780     unsigned int *histy = s->histy,
 781                  *histu = s->histu,
 782                  *histv = s->histv,
 783                  histhue[360] = {0},
 784                  *histsat = s->histsat;
 785     int miny  = -1, minu  = -1, minv  = -1;
 786     int maxy  = -1, maxu  = -1, maxv  = -1;
 787     int lowy  = -1, lowu  = -1, lowv  = -1;
 788     int highy = -1, highu = -1, highv = -1;
 789     int minsat = -1, maxsat = -1, lowsat = -1, highsat = -1;
 790     int lowp, highp, clowp, chighp;
 791     int accy, accu, accv;
 792     int accsat, acchue = 0;
 793     int medhue, maxhue;
 794     int64_t toty = 0, totu = 0, totv = 0, totsat=0;
 795     int64_t tothue = 0;
 796     int64_t dify = 0, difu = 0, difv = 0;
 797     uint16_t masky = 0, masku = 0, maskv = 0;
 798
 799     int filtot[FILT_NUMB] = {0};
 800     AVFrame *prev;
 801
 802     AVFrame *sat = s->frame_sat;
 803     AVFrame *hue = s->frame_hue;
 804     const uint16_t *p_sat = (uint16_t *)sat->data[0];
 805     const uint16_t *p_hue = (uint16_t *)hue->data[0];
 806     const int lsz_sat = sat->linesize[0] / 2;
 807     const int lsz_hue = hue->linesize[0] / 2;
 808     ThreadDataHueSatMetrics td_huesat = {
 809         .src     = in,
 810         .dst_sat = sat,
 811         .dst_hue = hue,
 812     };
 813
 814     if (!s->frame_prev)
 815         s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 816
 817     prev = s->frame_prev;
 818
 819     if (s->outfilter != FILTER_NONE) {
 820         out = av_frame_clone(in);
 821         av_frame_make_writable(out);
 822     }
 823
 824     ctx->internal->execute(ctx, compute_sat_hue_metrics16, &td_huesat,
 825                            NULL, FFMIN(s->chromah, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 826
 827     // Calculate luma histogram and difference with previous frame or field.
 828     memset(s->histy, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histy));
 829     for (j = 0; j < link->h; j++) {
 830         for (i = 0; i < link->w; i++) {
 831             const int yuv = AV_RN16(in->data[0] + w + i * 2);
 832
 833             masky |= yuv;
 834             histy[yuv]++;
 835             dify += abs(yuv - (int)AV_RN16(prev->data[0] + pw + i * 2));
 836         }
 837         w  += in->linesize[0];
 838         pw += prev->linesize[0];
 839     }
 840
 841     // Calculate chroma histogram and difference with previous frame or field.
 842     memset(s->histu, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histu));
 843     memset(s->histv, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histv));
 844     memset(s->histsat, 0, s->maxsize * sizeof(*s->histsat));
 845     for (j = 0; j < s->chromah; j++) {
 846         for (i = 0; i < s->chromaw; i++) {
 847             const int yuvu = AV_RN16(in->data[1] + cw + i * 2);
 848             const int yuvv = AV_RN16(in->data[2] + cw + i * 2);
 849
 850             masku |= yuvu;
 851             maskv |= yuvv;
 852             histu[yuvu]++;
 853             difu += abs(yuvu - (int)AV_RN16(prev->data[1] + cpw + i * 2));
 854             histv[yuvv]++;
 855             difv += abs(yuvv - (int)AV_RN16(prev->data[2] + cpw + i * 2));
 856
 857             histsat[p_sat[i]]++;
 858             histhue[((int16_t*)p_hue)[i]]++;
 859         }
 860         cw  += in->linesize[1];
 861         cpw += prev->linesize[1];
 862         p_sat += lsz_sat;
 863         p_hue += lsz_hue;
 864     }
 865
 866     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 867         if (s->filters & 1<<fil) {
 868             ThreadData td = {
 869                 .in = in,
 870                 .out = out != in && s->outfilter == fil ? out : NULL,
 871             };
 872             memset(s->jobs_rets, 0, s->nb_jobs * sizeof(*s->jobs_rets));
 873             ctx->internal->execute(ctx, filters_def[fil].process16,
 874                                    &td, s->jobs_rets, s->nb_jobs);
 875             for (i = 0; i < s->nb_jobs; i++)
 876                 filtot[fil] += s->jobs_rets[i];
 877         }
 878     }
 879
 880     // find low / high based on histogram percentile
 881     // these only need to be calculated once.
 882
 883     lowp   = lrint(s->fs  * 10 / 100.);
 884     highp  = lrint(s->fs  * 90 / 100.);
 885     clowp  = lrint(s->cfs * 10 / 100.);
 886     chighp = lrint(s->cfs * 90 / 100.);
 887
 888     accy = accu = accv = accsat = 0;
 889     for (fil = 0; fil < s->maxsize; fil++) {
 890         if (miny   < 0 && histy[fil])   miny = fil;
 891         if (minu   < 0 && histu[fil])   minu = fil;
 892         if (minv   < 0 && histv[fil])   minv = fil;
 893         if (minsat < 0 && histsat[fil]) minsat = fil;
 894
 895         if (histy[fil])   maxy   = fil;
 896         if (histu[fil])   maxu   = fil;
 897         if (histv[fil])   maxv   = fil;
 898         if (histsat[fil]) maxsat = fil;
 899
 900         toty   += histy[fil]   * fil;
 901         totu   += histu[fil]   * fil;
 902         totv   += histv[fil]   * fil;
 903         totsat += histsat[fil] * fil;
 904
 905         accy   += histy[fil];
 906         accu   += histu[fil];
 907         accv   += histv[fil];
 908         accsat += histsat[fil];
 909
 910         if (lowy   == -1 && accy   >=  lowp) lowy   = fil;
 911         if (lowu   == -1 && accu   >= clowp) lowu   = fil;
 912         if (lowv   == -1 && accv   >= clowp) lowv   = fil;
 913         if (lowsat == -1 && accsat >= clowp) lowsat = fil;
 914
 915         if (highy   == -1 && accy   >=  highp) highy   = fil;
 916         if (highu   == -1 && accu   >= chighp) highu   = fil;
 917         if (highv   == -1 && accv   >= chighp) highv   = fil;
 918         if (highsat == -1 && accsat >= chighp) highsat = fil;
 919     }
 920
 921     maxhue = histhue[0];
 922     medhue = -1;
 923     for (fil = 0; fil < 360; fil++) {
 924         tothue += histhue[fil] * fil;
 925         acchue += histhue[fil];
 926
 927         if (medhue == -1 && acchue > s->cfs / 2)
 928             medhue = fil;
 929         if (histhue[fil] > maxhue) {
 930             maxhue = histhue[fil];
 931         }
 932     }
 933
 934     av_frame_free(&s->frame_prev);
 935     s->frame_prev = av_frame_clone(in);
 936
 937     SET_META("YMIN",    "%d", miny);
 938     SET_META("YLOW",    "%d", lowy);
 939     SET_META("YAVG",    "%g", 1.0 * toty / s->fs);
 940     SET_META("YHIGH",   "%d", highy);
 941     SET_META("YMAX",    "%d", maxy);
 942
 943     SET_META("UMIN",    "%d", minu);
 944     SET_META("ULOW",    "%d", lowu);
 945     SET_META("UAVG",    "%g", 1.0 * totu / s->cfs);
 946     SET_META("UHIGH",   "%d", highu);
 947     SET_META("UMAX",    "%d", maxu);
 948
 949     SET_META("VMIN",    "%d", minv);
 950     SET_META("VLOW",    "%d", lowv);
 951     SET_META("VAVG",    "%g", 1.0 * totv / s->cfs);
 952     SET_META("VHIGH",   "%d", highv);
 953     SET_META("VMAX",    "%d", maxv);
 954
 955     SET_META("SATMIN",  "%d", minsat);
 956     SET_META("SATLOW",  "%d", lowsat);
 957     SET_META("SATAVG",  "%g", 1.0 * totsat / s->cfs);
 958     SET_META("SATHIGH", "%d", highsat);
 959     SET_META("SATMAX",  "%d", maxsat);
 960
 961     SET_META("HUEMED",  "%d", medhue);
 962     SET_META("HUEAVG",  "%g", 1.0 * tothue / s->cfs);
 963
 964     SET_META("YDIF",    "%g", 1.0 * dify / s->fs);
 965     SET_META("UDIF",    "%g", 1.0 * difu / s->cfs);
 966     SET_META("VDIF",    "%g", 1.0 * difv / s->cfs);
 967
 968     SET_META("YBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masky));
 969     SET_META("UBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(masku));
 970     SET_META("VBITDEPTH", "%d", compute_bit_depth(maskv));
 971
 972     for (fil = 0; fil < FILT_NUMB; fil ++) {
 973         if (s->filters & 1<<fil) {
 974             char metaname[128];
 975             snprintf(metabuf,  sizeof(metabuf),  "%g", 1.0 * filtot[fil] / s->fs);
 976             snprintf(metaname, sizeof(metaname), "lavfi.signalstats.%s", filters_def[fil].name);
 977             av_dict_set(&out->metadata, metaname, metabuf, 0);
 978         }
 979     }
 980
 981     if (in != out)
 982         av_frame_free(&in);
 983     return ff_filter_frame(outlink, out);
 984 }
 985
 986 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
 987 {
 988     AVFilterContext *ctx = link->dst;
 989     SignalstatsContext *s = ctx->priv;
 990
 991     if (s->depth > 8)
 992         return filter_frame16(link, in);
 993     else
 994         return filter_frame8(link, in);
 995 }
 996
 997 static const AVFilterPad signalstats_inputs[] = {
 998     {
 999         .name           = "default",
1000         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1001         .filter_frame   = filter_frame,
1002     },
1003     { NULL }
1004 };
1005
1006 static const AVFilterPad signalstats_outputs[] = {
1007     {
1008         .name           = "default",
1009         .config_props   = config_output,
1010         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1011     },
1012     { NULL }
1013 };
1014
1015 const AVFilter ff_vf_signalstats = {
1016     .name          = "signalstats",
1017     .description   = "Generate statistics from video analysis.",
1018     .init          = init,
1019     .uninit        = uninit,
1020     .query_formats = query_formats,
1021     .priv_size     = sizeof(SignalstatsContext),
1022     .inputs        = signalstats_inputs,
1023     .outputs       = signalstats_outputs,
1024     .priv_class    = &signalstats_class,
1025     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1026 };