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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   3  * Copyright (c) 2013 Clément Bœsch <u pkh me>
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify
   8  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  10  * (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 Foundation, Inc.,
  19  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Simple post processing filter
  25  *
  26  * This implementation is based on an algorithm described in
  27  * "Aria Nosratinia Embedded Post-Processing for
  28  * Enhancement of Compressed Images (1999)"
  29  *
  30  * Originally written by Michael Niedermayer for the MPlayer project, and
  31  * ported by Clément Bœsch for FFmpeg.
  32  */
  33
  34 #include "libavcodec/dsputil.h"
  35 #include "libavutil/avassert.h"
  36 #include "libavutil/imgutils.h"
  37 #include "libavutil/opt.h"
  38 #include "libavutil/pixdesc.h"
  39 #include "internal.h"
  40 #include "vf_spp.h"
  41
  42 enum mode {
  43     MODE_HARD,
  44     MODE_SOFT,
  45     NB_MODES
  46 };
  47
  48 #define OFFSET(x) offsetof(SPPContext, x)
  49 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  50 static const AVOption spp_options[] = {
  51     { "quality", "set quality", OFFSET(log2_count), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 3}, 0, MAX_LEVEL, FLAGS },
  52     { "qp", "force a constant quantizer parameter", OFFSET(qp), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 63, FLAGS },
  53     { "mode", "set thresholding mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = MODE_HARD}, 0, NB_MODES - 1, FLAGS, "mode" },
  54         { "hard", "hard thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_HARD}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
  55         { "soft", "soft thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_SOFT}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
  56     { "use_bframe_qp", "use B-frames' QP", OFFSET(use_bframe_qp), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, FLAGS },
  57     { NULL }
  58 };
  59
  60 AVFILTER_DEFINE_CLASS(spp);
  61
  62 // XXX: share between filters?
  63 DECLARE_ALIGNED(8, static const uint8_t, ldither)[8][8] = {
  64     {  0,  48,  12,  60,   3,  51,  15,  63 },
  65     { 32,  16,  44,  28,  35,  19,  47,  31 },
  66     {  8,  56,   4,  52,  11,  59,   7,  55 },
  67     { 40,  24,  36,  20,  43,  27,  39,  23 },
  68     {  2,  50,  14,  62,   1,  49,  13,  61 },
  69     { 34,  18,  46,  30,  33,  17,  45,  29 },
  70     { 10,  58,   6,  54,   9,  57,   5,  53 },
  71     { 42,  26,  38,  22,  41,  25,  37,  21 },
  72 };
  73
  74 static const uint8_t offset[127][2] = {
  75     {0,0},
  76     {0,0}, {4,4},                                           // quality = 1
  77     {0,0}, {2,2}, {6,4}, {4,6},                             // quality = 2
  78     {0,0}, {5,1}, {2,2}, {7,3}, {4,4}, {1,5}, {6,6}, {3,7}, // quality = 3
  79
  80     {0,0}, {4,0}, {1,1}, {5,1}, {3,2}, {7,2}, {2,3}, {6,3}, // quality = 4
  81     {0,4}, {4,4}, {1,5}, {5,5}, {3,6}, {7,6}, {2,7}, {6,7},
  82
  83     {0,0}, {0,2}, {0,4}, {0,6}, {1,1}, {1,3}, {1,5}, {1,7}, // quality = 5
  84     {2,0}, {2,2}, {2,4}, {2,6}, {3,1}, {3,3}, {3,5}, {3,7},
  85     {4,0}, {4,2}, {4,4}, {4,6}, {5,1}, {5,3}, {5,5}, {5,7},
  86     {6,0}, {6,2}, {6,4}, {6,6}, {7,1}, {7,3}, {7,5}, {7,7},
  87
  88     {0,0}, {4,4}, {0,4}, {4,0}, {2,2}, {6,6}, {2,6}, {6,2}, // quality = 6
  89     {0,2}, {4,6}, {0,6}, {4,2}, {2,0}, {6,4}, {2,4}, {6,0},
  90     {1,1}, {5,5}, {1,5}, {5,1}, {3,3}, {7,7}, {3,7}, {7,3},
  91     {1,3}, {5,7}, {1,7}, {5,3}, {3,1}, {7,5}, {3,5}, {7,1},
  92     {0,1}, {4,5}, {0,5}, {4,1}, {2,3}, {6,7}, {2,7}, {6,3},
  93     {0,3}, {4,7}, {0,7}, {4,3}, {2,1}, {6,5}, {2,5}, {6,1},
  94     {1,0}, {5,4}, {1,4}, {5,0}, {3,2}, {7,6}, {3,6}, {7,2},
  95     {1,2}, {5,6}, {1,6}, {5,2}, {3,0}, {7,4}, {3,4}, {7,0},
  96 };
  97
  98 static void hardthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
  99                          int qp, const uint8_t *permutation)
 100 {
 101     int i;
 102     int bias = 0; // FIXME
 103
 104     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
 105     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
 106
 107     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
 108     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
 109
 110     for (i = 1; i < 64; i++) {
 111         int level = src[i];
 112         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 113             const int j = permutation[i];
 114             dst[j] = (level + 4) >> 3;
 115         }
 116     }
 117 }
 118
 119 static void softthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
 120                          int qp, const uint8_t *permutation)
 121 {
 122     int i;
 123     int bias = 0; //FIXME
 124
 125     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
 126     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
 127
 128     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
 129     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
 130
 131     for (i = 1; i < 64; i++) {
 132         int level = src[i];
 133         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 134             const int j = permutation[i];
 135             if (level > 0) dst[j] = (level - threshold1 + 4) >> 3;
 136             else           dst[j] = (level + threshold1 + 4) >> 3;
 137         }
 138     }
 139 }
 140
 141 static void store_slice_c(uint8_t *dst, const int16_t *src,
 142                           int dst_linesize, int src_linesize,
 143                           int width, int height, int log2_scale,
 144                           const uint8_t dither[8][8])
 145 {
 146     int y, x;
 147
 148 #define STORE(pos) do {                                                     \
 149     temp = ((src[x + y*src_linesize + pos] << log2_scale) + d[pos]) >> 6;   \
 150     if (temp & 0x100)                                                       \
 151         temp = ~(temp >> 31);                                               \
 152     dst[x + y*dst_linesize + pos] = temp;                                   \
 153 } while (0)
 154
 155     for (y = 0; y < height; y++) {
 156         const uint8_t *d = dither[y];
 157         for (x = 0; x < width; x += 8) {
 158             int temp;
 159             STORE(0);
 160             STORE(1);
 161             STORE(2);
 162             STORE(3);
 163             STORE(4);
 164             STORE(5);
 165             STORE(6);
 166             STORE(7);
 167         }
 168     }
 169 }
 170
 171 static inline void add_block(int16_t *dst, int linesize, const int16_t block[64])
 172 {
 173     int y;
 174
 175     for (y = 0; y < 8; y++) {
 176         *(uint32_t *)&dst[0 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[0 + y*8];
 177         *(uint32_t *)&dst[2 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[2 + y*8];
 178         *(uint32_t *)&dst[4 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[4 + y*8];
 179         *(uint32_t *)&dst[6 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[6 + y*8];
 180     }
 181 }
 182
 183 // XXX: export the function?
 184 static inline int norm_qscale(int qscale, int type)
 185 {
 186     switch (type) {
 187     case FF_QSCALE_TYPE_MPEG1: return qscale;
 188     case FF_QSCALE_TYPE_MPEG2: return qscale >> 1;
 189     case FF_QSCALE_TYPE_H264:  return qscale >> 2;
 190     case FF_QSCALE_TYPE_VP56:  return (63 - qscale + 2) >> 2;
 191     }
 192     return qscale;
 193 }
 194
 195 static void filter(SPPContext *p, uint8_t *dst, uint8_t *src,
 196                    int dst_linesize, int src_linesize, int width, int height,
 197                    const uint8_t *qp_table, int qp_stride, int is_luma)
 198 {
 199     int x, y, i;
 200     const int count = 1 << p->log2_count;
 201     const int linesize = is_luma ? p->temp_linesize : FFALIGN(width+16, 16);
 202     DECLARE_ALIGNED(16, uint64_t, block_align)[32];
 203     int16_t *block  = (int16_t *)block_align;
 204     int16_t *block2 = (int16_t *)(block_align + 16);
 205
 206     for (y = 0; y < height; y++) {
 207         int index = 8 + 8*linesize + y*linesize;
 208         memcpy(p->src + index, src + y*src_linesize, width);
 209         for (x = 0; x < 8; x++) {
 210             p->src[index         - x - 1] = p->src[index +         x    ];
 211             p->src[index + width + x    ] = p->src[index + width - x - 1];
 212         }
 213     }
 214     for (y = 0; y < 8; y++) {
 215         memcpy(p->src + (       7-y)*linesize, p->src + (       y+8)*linesize, linesize);
 216         memcpy(p->src + (height+8+y)*linesize, p->src + (height-y+7)*linesize, linesize);
 217     }
 218
 219     for (y = 0; y < height + 8; y += 8) {
 220         memset(p->temp + (8 + y) * linesize, 0, 8 * linesize * sizeof(*p->temp));
 221         for (x = 0; x < width + 8; x += 8) {
 222             int qp;
 223
 224             if (p->qp) {
 225                 qp = p->qp;
 226             } else{
 227                 const int qps = 3 + is_luma;
 228                 qp = qp_table[(FFMIN(x, width - 1) >> qps) + (FFMIN(y, height - 1) >> qps) * qp_stride];
 229                 qp = FFMAX(1, norm_qscale(qp, p->qscale_type));
 230             }
 231             for (i = 0; i < count; i++) {
 232                 const int x1 = x + offset[i + count - 1][0];
 233                 const int y1 = y + offset[i + count - 1][1];
 234                 const int index = x1 + y1*linesize;
 235                 p->dsp.get_pixels(block, p->src + index, linesize);
 236                 p->dsp.fdct(block);
 237                 p->requantize(block2, block, qp, p->dsp.idct_permutation);
 238                 p->dsp.idct(block2);
 239                 add_block(p->temp + index, linesize, block2);
 240             }
 241         }
 242         if (y)
 243             p->store_slice(dst + (y - 8) * dst_linesize, p->temp + 8 + y*linesize,
 244                            dst_linesize, linesize, width,
 245                            FFMIN(8, height + 8 - y), MAX_LEVEL - p->log2_count,
 246                            ldither);
 247     }
 248 }
 249
 250 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 251 {
 252     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
 253         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUV422P,
 254         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUV411P,
 255         AV_PIX_FMT_YUV410P,  AV_PIX_FMT_YUV440P,
 256         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 257         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 258         AV_PIX_FMT_NONE
 259     };
 260     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 261     return 0;
 262 }
 263
 264 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 265 {
 266     SPPContext *spp = inlink->dst->priv;
 267     const int h = FFALIGN(inlink->h + 16, 16);
 268     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 269
 270     spp->hsub = desc->log2_chroma_w;
 271     spp->vsub = desc->log2_chroma_h;
 272     spp->temp_linesize = FFALIGN(inlink->w + 16, 16);
 273     spp->temp = av_malloc(spp->temp_linesize * h * sizeof(*spp->temp));
 274     spp->src  = av_malloc(spp->temp_linesize * h * sizeof(*spp->src));
 275     if (!spp->use_bframe_qp) {
 276         /* we are assuming here the qp blocks will not be smaller that 16x16 */
 277         spp->non_b_qp_alloc_size = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, 4) * FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, 4);
 278         spp->non_b_qp_table = av_calloc(spp->non_b_qp_alloc_size, sizeof(*spp->non_b_qp_table));
 279         if (!spp->non_b_qp_table)
 280             return AVERROR(ENOMEM);
 281     }
 282     if (!spp->temp || !spp->src)
 283         return AVERROR(ENOMEM);
 284     return 0;
 285 }
 286
 287 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 288 {
 289     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 290     SPPContext *spp = ctx->priv;
 291     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 292     AVFrame *out = in;
 293     int qp_stride = 0;
 294     const int8_t *qp_table = NULL;
 295
 296     /* if we are not in a constant user quantizer mode and we don't want to use
 297      * the quantizers from the B-frames (B-frames often have a higher QP), we
 298      * need to save the qp table from the last non B-frame; this is what the
 299      * following code block does */
 300     if (!spp->qp) {
 301         qp_table = av_frame_get_qp_table(in, &qp_stride, &spp->qscale_type);
 302
 303         if (qp_table && !spp->use_bframe_qp && in->pict_type != AV_PICTURE_TYPE_B) {
 304             int w, h;
 305
 306             /* if the qp stride is not set, it means the QP are only defined on
 307              * a line basis */
 308             if (!qp_stride) {
 309                 w = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, 4);
 310                 h = 1;
 311             } else {
 312                 w = FF_CEIL_RSHIFT(qp_stride, 4);
 313                 h = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, 4);
 314             }
 315             av_assert0(w * h <= spp->non_b_qp_alloc_size);
 316             memcpy(spp->non_b_qp_table, qp_table, w * h);
 317         }
 318     }
 319
 320     if (spp->log2_count && !ctx->is_disabled) {
 321         if (!spp->use_bframe_qp && spp->non_b_qp_table)
 322             qp_table = spp->non_b_qp_table;
 323
 324         if (qp_table || spp->qp) {
 325             const int cw = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, spp->hsub);
 326             const int ch = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, spp->vsub);
 327
 328             /* get a new frame if in-place is not possible or if the dimensions
 329              * are not multiple of 8 */
 330             if (!av_frame_is_writable(in) || (inlink->w & 7) || (inlink->h & 7)) {
 331                 const int aligned_w = FFALIGN(inlink->w, 8);
 332                 const int aligned_h = FFALIGN(inlink->h, 8);
 333
 334                 out = ff_get_video_buffer(outlink, aligned_w, aligned_h);
 335                 if (!out) {
 336                     av_frame_free(&in);
 337                     return AVERROR(ENOMEM);
 338                 }
 339                 av_frame_copy_props(out, in);
 340                 out->width  = in->width;
 341                 out->height = in->height;
 342             }
 343
 344             filter(spp, out->data[0], in->data[0], out->linesize[0], in->linesize[0], inlink->w, inlink->h, qp_table, qp_stride, 1);
 345             filter(spp, out->data[1], in->data[1], out->linesize[1], in->linesize[1], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0);
 346             filter(spp, out->data[2], in->data[2], out->linesize[2], in->linesize[2], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0);
 347             emms_c();
 348         }
 349     }
 350
 351     if (in != out) {
 352         if (in->data[3])
 353             av_image_copy_plane(out->data[3], out->linesize[3],
 354                                 in ->data[3], in ->linesize[3],
 355                                 inlink->w, inlink->h);
 356         av_frame_free(&in);
 357     }
 358     return ff_filter_frame(outlink, out);
 359 }
 360
 361 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 362                            char *res, int res_len, int flags)
 363 {
 364     SPPContext *spp = ctx->priv;
 365
 366     if (!strcmp(cmd, "level")) {
 367         if (!strcmp(args, "max"))
 368             spp->log2_count = MAX_LEVEL;
 369         else
 370             spp->log2_count = av_clip(strtol(args, NULL, 10), 0, MAX_LEVEL);
 371         return 0;
 372     }
 373     return AVERROR(ENOSYS);
 374 }
 375
 376 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 377 {
 378     SPPContext *spp = ctx->priv;
 379
 380     spp->avctx = avcodec_alloc_context3(NULL);
 381     if (!spp->avctx)
 382         return AVERROR(ENOMEM);
 383     avpriv_dsputil_init(&spp->dsp, spp->avctx);
 384     spp->store_slice = store_slice_c;
 385     switch (spp->mode) {
 386     case MODE_HARD: spp->requantize = hardthresh_c; break;
 387     case MODE_SOFT: spp->requantize = softthresh_c; break;
 388     }
 389     if (ARCH_X86)
 390         ff_spp_init_x86(spp);
 391     return 0;
 392 }
 393
 394 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 395 {
 396     SPPContext *spp = ctx->priv;
 397
 398     av_freep(&spp->temp);
 399     av_freep(&spp->src);
 400     if (spp->avctx) {
 401         avcodec_close(spp->avctx);
 402         av_freep(&spp->avctx);
 403     }
 404     av_freep(&spp->non_b_qp_table);
 405 }
 406
 407 static const AVFilterPad spp_inputs[] = {
 408     {
 409         .name         = "default",
 410         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 411         .config_props = config_input,
 412         .filter_frame = filter_frame,
 413     },
 414     { NULL }
 415 };
 416
 417 static const AVFilterPad spp_outputs[] = {
 418     {
 419         .name = "default",
 420         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 421     },
 422     { NULL }
 423 };
 424
 425 AVFilter ff_vf_spp = {
 426     .name            = "spp",
 427     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a simple post processing filter."),
 428     .priv_size       = sizeof(SPPContext),
 429     .init            = init,
 430     .uninit          = uninit,
 431     .query_formats   = query_formats,
 432     .inputs          = spp_inputs,
 433     .outputs         = spp_outputs,
 434     .process_command = process_command,
 435     .priv_class      = &spp_class,
 436     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 437 };