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 "libavutil/avassert.h"
  35 #include "libavutil/imgutils.h"
  36 #include "libavutil/opt.h"
  37 #include "libavutil/pixdesc.h"
  38 #include "internal.h"
  39 #include "vf_spp.h"
  40
  41 enum mode {
  42     MODE_HARD,
  43     MODE_SOFT,
  44     NB_MODES
  45 };
  46
  47 static const AVClass *child_class_next(const AVClass *prev)
  48 {
  49     return prev ? NULL : avcodec_dct_get_class();
  50 }
  51
  52 static void *child_next(void *obj, void *prev)
  53 {
  54     SPPContext *s = obj;
  55     return prev ? NULL : s->dct;
  56 }
  57
  58 #define OFFSET(x) offsetof(SPPContext, x)
  59 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  60 #define TFLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  61 static const AVOption spp_options[] = {
  62     { "quality", "set quality", OFFSET(log2_count), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 3}, 0, MAX_LEVEL, TFLAGS },
  63     { "qp", "force a constant quantizer parameter", OFFSET(qp), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 63, FLAGS },
  64     { "mode", "set thresholding mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = MODE_HARD}, 0, NB_MODES - 1, FLAGS, "mode" },
  65         { "hard", "hard thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_HARD}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
  66         { "soft", "soft thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_SOFT}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
  67     { "use_bframe_qp", "use B-frames' QP", OFFSET(use_bframe_qp), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = 0}, 0, 1, FLAGS },
  68     { NULL }
  69 };
  70
  71 static const AVClass spp_class = {
  72     .class_name       = "spp",
  73     .item_name        = av_default_item_name,
  74     .option           = spp_options,
  75     .version          = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
  76     .category         = AV_CLASS_CATEGORY_FILTER,
  77     .child_class_next = child_class_next,
  78     .child_next       = child_next,
  79 };
  80
  81 // XXX: share between filters?
  82 DECLARE_ALIGNED(8, static const uint8_t, ldither)[8][8] = {
  83     {  0,  48,  12,  60,   3,  51,  15,  63 },
  84     { 32,  16,  44,  28,  35,  19,  47,  31 },
  85     {  8,  56,   4,  52,  11,  59,   7,  55 },
  86     { 40,  24,  36,  20,  43,  27,  39,  23 },
  87     {  2,  50,  14,  62,   1,  49,  13,  61 },
  88     { 34,  18,  46,  30,  33,  17,  45,  29 },
  89     { 10,  58,   6,  54,   9,  57,   5,  53 },
  90     { 42,  26,  38,  22,  41,  25,  37,  21 },
  91 };
  92
  93 static const uint8_t offset[127][2] = {
  94     {0,0},
  95     {0,0}, {4,4},                                           // quality = 1
  96     {0,0}, {2,2}, {6,4}, {4,6},                             // quality = 2
  97     {0,0}, {5,1}, {2,2}, {7,3}, {4,4}, {1,5}, {6,6}, {3,7}, // quality = 3
  98
  99     {0,0}, {4,0}, {1,1}, {5,1}, {3,2}, {7,2}, {2,3}, {6,3}, // quality = 4
 100     {0,4}, {4,4}, {1,5}, {5,5}, {3,6}, {7,6}, {2,7}, {6,7},
 101
 102     {0,0}, {0,2}, {0,4}, {0,6}, {1,1}, {1,3}, {1,5}, {1,7}, // quality = 5
 103     {2,0}, {2,2}, {2,4}, {2,6}, {3,1}, {3,3}, {3,5}, {3,7},
 104     {4,0}, {4,2}, {4,4}, {4,6}, {5,1}, {5,3}, {5,5}, {5,7},
 105     {6,0}, {6,2}, {6,4}, {6,6}, {7,1}, {7,3}, {7,5}, {7,7},
 106
 107     {0,0}, {4,4}, {0,4}, {4,0}, {2,2}, {6,6}, {2,6}, {6,2}, // quality = 6
 108     {0,2}, {4,6}, {0,6}, {4,2}, {2,0}, {6,4}, {2,4}, {6,0},
 109     {1,1}, {5,5}, {1,5}, {5,1}, {3,3}, {7,7}, {3,7}, {7,3},
 110     {1,3}, {5,7}, {1,7}, {5,3}, {3,1}, {7,5}, {3,5}, {7,1},
 111     {0,1}, {4,5}, {0,5}, {4,1}, {2,3}, {6,7}, {2,7}, {6,3},
 112     {0,3}, {4,7}, {0,7}, {4,3}, {2,1}, {6,5}, {2,5}, {6,1},
 113     {1,0}, {5,4}, {1,4}, {5,0}, {3,2}, {7,6}, {3,6}, {7,2},
 114     {1,2}, {5,6}, {1,6}, {5,2}, {3,0}, {7,4}, {3,4}, {7,0},
 115 };
 116
 117 static void hardthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
 118                          int qp, const uint8_t *permutation)
 119 {
 120     int i;
 121     int bias = 0; // FIXME
 122
 123     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
 124     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
 125
 126     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
 127     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
 128
 129     for (i = 1; i < 64; i++) {
 130         int level = src[i];
 131         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 132             const int j = permutation[i];
 133             dst[j] = (level + 4) >> 3;
 134         }
 135     }
 136 }
 137
 138 static void softthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
 139                          int qp, const uint8_t *permutation)
 140 {
 141     int i;
 142     int bias = 0; //FIXME
 143
 144     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
 145     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
 146
 147     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
 148     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
 149
 150     for (i = 1; i < 64; i++) {
 151         int level = src[i];
 152         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 153             const int j = permutation[i];
 154             if (level > 0) dst[j] = (level - threshold1 + 4) >> 3;
 155             else           dst[j] = (level + threshold1 + 4) >> 3;
 156         }
 157     }
 158 }
 159
 160 static void store_slice_c(uint8_t *dst, const int16_t *src,
 161                           int dst_linesize, int src_linesize,
 162                           int width, int height, int log2_scale,
 163                           const uint8_t dither[8][8])
 164 {
 165     int y, x;
 166
 167 #define STORE(pos) do {                                                     \
 168     temp = ((src[x + y*src_linesize + pos] << log2_scale) + d[pos]) >> 6;   \
 169     if (temp & 0x100)                                                       \
 170         temp = ~(temp >> 31);                                               \
 171     dst[x + y*dst_linesize + pos] = temp;                                   \
 172 } while (0)
 173
 174     for (y = 0; y < height; y++) {
 175         const uint8_t *d = dither[y];
 176         for (x = 0; x < width; x += 8) {
 177             int temp;
 178             STORE(0);
 179             STORE(1);
 180             STORE(2);
 181             STORE(3);
 182             STORE(4);
 183             STORE(5);
 184             STORE(6);
 185             STORE(7);
 186         }
 187     }
 188 }
 189
 190 static void store_slice16_c(uint16_t *dst, const int16_t *src,
 191                             int dst_linesize, int src_linesize,
 192                             int width, int height, int log2_scale,
 193                             const uint8_t dither[8][8], int depth)
 194 {
 195     int y, x;
 196     unsigned int mask = -1<<depth;
 197
 198 #define STORE16(pos) do {                                                   \
 199     temp = ((src[x + y*src_linesize + pos] << log2_scale) + (d[pos]>>1)) >> 5;   \
 200     if (temp & mask )                                                       \
 201         temp = ~(temp >> 31);                                               \
 202     dst[x + y*dst_linesize + pos] = temp;                                   \
 203 } while (0)
 204
 205     for (y = 0; y < height; y++) {
 206         const uint8_t *d = dither[y];
 207         for (x = 0; x < width; x += 8) {
 208             int temp;
 209             STORE16(0);
 210             STORE16(1);
 211             STORE16(2);
 212             STORE16(3);
 213             STORE16(4);
 214             STORE16(5);
 215             STORE16(6);
 216             STORE16(7);
 217         }
 218     }
 219 }
 220
 221 static inline void add_block(uint16_t *dst, int linesize, const int16_t block[64])
 222 {
 223     int y;
 224
 225     for (y = 0; y < 8; y++) {
 226         dst[0 + y*linesize] += block[0 + y*8];
 227         dst[1 + y*linesize] += block[1 + y*8];
 228         dst[2 + y*linesize] += block[2 + y*8];
 229         dst[3 + y*linesize] += block[3 + y*8];
 230         dst[4 + y*linesize] += block[4 + y*8];
 231         dst[5 + y*linesize] += block[5 + y*8];
 232         dst[6 + y*linesize] += block[6 + y*8];
 233         dst[7 + y*linesize] += block[7 + y*8];
 234     }
 235 }
 236
 237 static void filter(SPPContext *p, uint8_t *dst, uint8_t *src,
 238                    int dst_linesize, int src_linesize, int width, int height,
 239                    const uint8_t *qp_table, int qp_stride, int is_luma, int depth)
 240 {
 241     int x, y, i;
 242     const int count = 1 << p->log2_count;
 243     const int linesize = is_luma ? p->temp_linesize : FFALIGN(width+16, 16);
 244     DECLARE_ALIGNED(16, uint64_t, block_align)[32];
 245     int16_t *block  = (int16_t *)block_align;
 246     int16_t *block2 = (int16_t *)(block_align + 16);
 247     uint16_t *psrc16 = (uint16_t*)p->src;
 248     const int sample_bytes = (depth+7) / 8;
 249
 250     for (y = 0; y < height; y++) {
 251         int index = 8 + 8*linesize + y*linesize;
 252         memcpy(p->src + index*sample_bytes, src + y*src_linesize, width*sample_bytes);
 253         if (sample_bytes == 1) {
 254             for (x = 0; x < 8; x++) {
 255                 p->src[index         - x - 1] = p->src[index +         x    ];
 256                 p->src[index + width + x    ] = p->src[index + width - x - 1];
 257             }
 258         } else {
 259             for (x = 0; x < 8; x++) {
 260                 psrc16[index         - x - 1] = psrc16[index +         x    ];
 261                 psrc16[index + width + x    ] = psrc16[index + width - x - 1];
 262             }
 263         }
 264     }
 265     for (y = 0; y < 8; y++) {
 266         memcpy(p->src + (       7-y)*linesize * sample_bytes, p->src + (       y+8)*linesize * sample_bytes, linesize * sample_bytes);
 267         memcpy(p->src + (height+8+y)*linesize * sample_bytes, p->src + (height-y+7)*linesize * sample_bytes, linesize * sample_bytes);
 268     }
 269
 270     for (y = 0; y < height + 8; y += 8) {
 271         memset(p->temp + (8 + y) * linesize, 0, 8 * linesize * sizeof(*p->temp));
 272         for (x = 0; x < width + 8; x += 8) {
 273             int qp;
 274
 275             if (p->qp) {
 276                 qp = p->qp;
 277             } else{
 278                 const int qps = 3 + is_luma;
 279                 qp = qp_table[(FFMIN(x, width - 1) >> qps) + (FFMIN(y, height - 1) >> qps) * qp_stride];
 280                 qp = FFMAX(1, ff_norm_qscale(qp, p->qscale_type));
 281             }
 282             for (i = 0; i < count; i++) {
 283                 const int x1 = x + offset[i + count - 1][0];
 284                 const int y1 = y + offset[i + count - 1][1];
 285                 const int index = x1 + y1*linesize;
 286                 p->dct->get_pixels(block, p->src + sample_bytes*index, sample_bytes*linesize);
 287                 p->dct->fdct(block);
 288                 p->requantize(block2, block, qp, p->dct->idct_permutation);
 289                 p->dct->idct(block2);
 290                 add_block(p->temp + index, linesize, block2);
 291             }
 292         }
 293         if (y) {
 294             if (sample_bytes == 1) {
 295                 p->store_slice(dst + (y - 8) * dst_linesize, p->temp + 8 + y*linesize,
 296                                dst_linesize, linesize, width,
 297                                FFMIN(8, height + 8 - y), MAX_LEVEL - p->log2_count,
 298                                ldither);
 299             } else {
 300                 store_slice16_c((uint16_t*)(dst + (y - 8) * dst_linesize), p->temp + 8 + y*linesize,
 301                                 dst_linesize/2, linesize, width,
 302                                 FFMIN(8, height + 8 - y), MAX_LEVEL - p->log2_count,
 303                                 ldither, depth);
 304             }
 305         }
 306     }
 307 }
 308
 309 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 310 {
 311     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 312         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUV422P,
 313         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUV411P,
 314         AV_PIX_FMT_YUV410P,  AV_PIX_FMT_YUV440P,
 315         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
 316         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 317         AV_PIX_FMT_YUV444P10,  AV_PIX_FMT_YUV422P10,
 318         AV_PIX_FMT_YUV420P10,
 319         AV_PIX_FMT_YUV444P9,  AV_PIX_FMT_YUV422P9,
 320         AV_PIX_FMT_YUV420P9,
 321         AV_PIX_FMT_GRAY8,
 322         AV_PIX_FMT_GBRP,
 323         AV_PIX_FMT_GBRP9,
 324         AV_PIX_FMT_GBRP10,
 325         AV_PIX_FMT_NONE
 326     };
 327
 328     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 329     if (!fmts_list)
 330         return AVERROR(ENOMEM);
 331     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 332 }
 333
 334 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 335 {
 336     SPPContext *s = inlink->dst->priv;
 337     const int h = FFALIGN(inlink->h + 16, 16);
 338     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 339     const int bps = desc->comp[0].depth;
 340
 341     av_opt_set_int(s->dct, "bits_per_sample", bps, 0);
 342     avcodec_dct_init(s->dct);
 343
 344     if (ARCH_X86)
 345         ff_spp_init_x86(s);
 346
 347     s->hsub = desc->log2_chroma_w;
 348     s->vsub = desc->log2_chroma_h;
 349     s->temp_linesize = FFALIGN(inlink->w + 16, 16);
 350     s->temp = av_malloc_array(s->temp_linesize, h * sizeof(*s->temp));
 351     s->src  = av_malloc_array(s->temp_linesize, h * sizeof(*s->src) * 2);
 352
 353     if (!s->temp || !s->src)
 354         return AVERROR(ENOMEM);
 355     return 0;
 356 }
 357
 358 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 359 {
 360     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 361     SPPContext *s = ctx->priv;
 362     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 363     AVFrame *out = in;
 364     int qp_stride = 0;
 365     const int8_t *qp_table = NULL;
 366     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 367     const int depth = desc->comp[0].depth;
 368
 369     /* if we are not in a constant user quantizer mode and we don't want to use
 370      * the quantizers from the B-frames (B-frames often have a higher QP), we
 371      * need to save the qp table from the last non B-frame; this is what the
 372      * following code block does */
 373     if (!s->qp) {
 374         qp_table = av_frame_get_qp_table(in, &qp_stride, &s->qscale_type);
 375
 376         if (qp_table && !s->use_bframe_qp && in->pict_type != AV_PICTURE_TYPE_B) {
 377             int w, h;
 378
 379             /* if the qp stride is not set, it means the QP are only defined on
 380              * a line basis */
 381             if (!qp_stride) {
 382                 w = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, 4);
 383                 h = 1;
 384             } else {
 385                 w = qp_stride;
 386                 h = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, 4);
 387             }
 388
 389             if (w * h > s->non_b_qp_alloc_size) {
 390                 int ret = av_reallocp_array(&s->non_b_qp_table, w, h);
 391                 if (ret < 0) {
 392                     s->non_b_qp_alloc_size = 0;
 393                     return ret;
 394                 }
 395                 s->non_b_qp_alloc_size = w * h;
 396             }
 397
 398             av_assert0(w * h <= s->non_b_qp_alloc_size);
 399             memcpy(s->non_b_qp_table, qp_table, w * h);
 400         }
 401     }
 402
 403     if (s->log2_count && !ctx->is_disabled) {
 404         if (!s->use_bframe_qp && s->non_b_qp_table)
 405             qp_table = s->non_b_qp_table;
 406
 407         if (qp_table || s->qp) {
 408             const int cw = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, s->hsub);
 409             const int ch = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, s->vsub);
 410
 411             /* get a new frame if in-place is not possible or if the dimensions
 412              * are not multiple of 8 */
 413             if (!av_frame_is_writable(in) || (inlink->w & 7) || (inlink->h & 7)) {
 414                 const int aligned_w = FFALIGN(inlink->w, 8);
 415                 const int aligned_h = FFALIGN(inlink->h, 8);
 416
 417                 out = ff_get_video_buffer(outlink, aligned_w, aligned_h);
 418                 if (!out) {
 419                     av_frame_free(&in);
 420                     return AVERROR(ENOMEM);
 421                 }
 422                 av_frame_copy_props(out, in);
 423                 out->width  = in->width;
 424                 out->height = in->height;
 425             }
 426
 427             filter(s, out->data[0], in->data[0], out->linesize[0], in->linesize[0], inlink->w, inlink->h, qp_table, qp_stride, 1, depth);
 428
 429             if (out->data[2]) {
 430                 filter(s, out->data[1], in->data[1], out->linesize[1], in->linesize[1], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0, depth);
 431                 filter(s, out->data[2], in->data[2], out->linesize[2], in->linesize[2], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0, depth);
 432             }
 433             emms_c();
 434         }
 435     }
 436
 437     if (in != out) {
 438         if (in->data[3])
 439             av_image_copy_plane(out->data[3], out->linesize[3],
 440                                 in ->data[3], in ->linesize[3],
 441                                 inlink->w, inlink->h);
 442         av_frame_free(&in);
 443     }
 444     return ff_filter_frame(outlink, out);
 445 }
 446
 447 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
 448                            char *res, int res_len, int flags)
 449 {
 450     SPPContext *s = ctx->priv;
 451
 452     if (!strcmp(cmd, "level") || !strcmp(cmd, "quality")) {
 453         if (!strcmp(args, "max"))
 454             s->log2_count = MAX_LEVEL;
 455         else
 456             s->log2_count = av_clip(strtol(args, NULL, 10), 0, MAX_LEVEL);
 457         return 0;
 458     }
 459     return AVERROR(ENOSYS);
 460 }
 461
 462 static av_cold int init_dict(AVFilterContext *ctx, AVDictionary **opts)
 463 {
 464     SPPContext *s = ctx->priv;
 465     int ret;
 466
 467     s->dct = avcodec_dct_alloc();
 468     if (!s->dct)
 469         return AVERROR(ENOMEM);
 470
 471     if (opts) {
 472         AVDictionaryEntry *e = NULL;
 473
 474         while ((e = av_dict_get(*opts, "", e, AV_DICT_IGNORE_SUFFIX))) {
 475             if ((ret = av_opt_set(s->dct, e->key, e->value, 0)) < 0)
 476                 return ret;
 477         }
 478         av_dict_free(opts);
 479     }
 480
 481     s->store_slice = store_slice_c;
 482     switch (s->mode) {
 483     case MODE_HARD: s->requantize = hardthresh_c; break;
 484     case MODE_SOFT: s->requantize = softthresh_c; break;
 485     }
 486     return 0;
 487 }
 488
 489 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 490 {
 491     SPPContext *s = ctx->priv;
 492
 493     av_freep(&s->temp);
 494     av_freep(&s->src);
 495     av_freep(&s->dct);
 496     av_freep(&s->non_b_qp_table);
 497 }
 498
 499 static const AVFilterPad spp_inputs[] = {
 500     {
 501         .name         = "default",
 502         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 503         .config_props = config_input,
 504         .filter_frame = filter_frame,
 505     },
 506     { NULL }
 507 };
 508
 509 static const AVFilterPad spp_outputs[] = {
 510     {
 511         .name = "default",
 512         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 513     },
 514     { NULL }
 515 };
 516
 517 AVFilter ff_vf_spp = {
 518     .name            = "spp",
 519     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a simple post processing filter."),
 520     .priv_size       = sizeof(SPPContext),
 521     .init_dict       = init_dict,
 522     .uninit          = uninit,
 523     .query_formats   = query_formats,
 524     .inputs          = spp_inputs,
 525     .outputs         = spp_outputs,
 526     .process_command = process_command,
 527     .priv_class      = &spp_class,
 528     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 529 };