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

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2011 Stefano Sabatini
   3  * Copyright (c) 2010 Baptiste Coudurier
   4  * Copyright (c) 2003 Michael Zucchi <notzed@ximian.com>
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify
   9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
  10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
  11  * (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
  16  * GNU General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
  19  * with FFmpeg if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
  20  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * temporal field interlace filter, ported from MPlayer/libmpcodecs
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/opt.h"
  29 #include "libavutil/imgutils.h"
  30 #include "libavutil/avassert.h"
  31 #include "avfilter.h"
  32 #include "internal.h"
  33
  34 enum TInterlaceMode {
  35     MODE_MERGE = 0,
  36     MODE_DROP_EVEN,
  37     MODE_DROP_ODD,
  38     MODE_PAD,
  39     MODE_INTERLEAVE_TOP,
  40     MODE_INTERLEAVE_BOTTOM,
  41     MODE_INTERLACEX2,
  42     MODE_NB,
  43 };
  44
  45 typedef struct {
  46     const AVClass *class;
  47     enum TInterlaceMode mode;   ///< interlace mode selected
  48     int flags;                  ///< flags affecting interlacing algorithm
  49     int frame;                  ///< number of the output frame
  50     int vsub;                   ///< chroma vertical subsampling
  51     AVFrame *cur;
  52     AVFrame *next;
  53     uint8_t *black_data[4];     ///< buffer used to fill padded lines
  54     int black_linesize[4];
  55 } TInterlaceContext;
  56
  57 #define OFFSET(x) offsetof(TInterlaceContext, x)
  58 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  59 #define TINTERLACE_FLAG_VLPF 01
  60
  61 static const AVOption tinterlace_options[] = {
  62     {"mode",              "select interlace mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=MODE_MERGE}, 0, MODE_NB-1, FLAGS, "mode"},
  63     {"merge",             "merge fields",                                 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_MERGE},             INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  64     {"drop_even",         "drop even fields",                             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_DROP_EVEN},         INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  65     {"drop_odd",          "drop odd fields",                              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_DROP_ODD},          INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  66     {"pad",               "pad alternate lines with black",               0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_PAD},               INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  67     {"interleave_top",    "interleave top and bottom fields",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_INTERLEAVE_TOP},    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  68     {"interleave_bottom", "interleave bottom and top fields",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_INTERLEAVE_BOTTOM}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  69     {"interlacex2",       "interlace fields from two consecutive frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_INTERLACEX2},       INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  70
  71     {"flags",             "set flags", OFFSET(flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64 = 0}, 0, INT_MAX, 0, "flags" },
  72     {"low_pass_filter",   "enable vertical low-pass filter",              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = TINTERLACE_FLAG_VLPF}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "flags" },
  73     {"vlpf",              "enable vertical low-pass filter",              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = TINTERLACE_FLAG_VLPF}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "flags" },
  74
  75     {NULL}
  76 };
  77
  78 AVFILTER_DEFINE_CLASS(tinterlace);
  79
  80 #define FULL_SCALE_YUVJ_FORMATS \
  81     AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P
  82
  83 static enum AVPixelFormat full_scale_yuvj_pix_fmts[] = {
  84     FULL_SCALE_YUVJ_FORMATS, AV_PIX_FMT_NONE
  85 };
  86
  87 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  88 {
  89     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  90         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUV422P,  AV_PIX_FMT_YUV444P,
  91         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUV410P,  AV_PIX_FMT_YUVA420P,
  92         AV_PIX_FMT_GRAY8, FULL_SCALE_YUVJ_FORMATS,
  93         AV_PIX_FMT_NONE
  94     };
  95
  96     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
  97     return 0;
  98 }
  99
 100 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 101 {
 102     TInterlaceContext *tinterlace = ctx->priv;
 103
 104     av_frame_free(&tinterlace->cur );
 105     av_frame_free(&tinterlace->next);
 106     av_freep(&tinterlace->black_data[0]);
 107 }
 108
 109 static int config_out_props(AVFilterLink *outlink)
 110 {
 111     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 112     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 113     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 114     TInterlaceContext *tinterlace = ctx->priv;
 115
 116     tinterlace->vsub = desc->log2_chroma_h;
 117     outlink->flags |= FF_LINK_FLAG_REQUEST_LOOP;
 118     outlink->w = inlink->w;
 119     outlink->h = tinterlace->mode == MODE_MERGE || tinterlace->mode == MODE_PAD ?
 120         inlink->h*2 : inlink->h;
 121
 122     if (tinterlace->mode == MODE_PAD) {
 123         uint8_t black[4] = { 16, 128, 128, 16 };
 124         int i, ret;
 125         if (ff_fmt_is_in(outlink->format, full_scale_yuvj_pix_fmts))
 126             black[0] = black[3] = 0;
 127         ret = av_image_alloc(tinterlace->black_data, tinterlace->black_linesize,
 128                              outlink->w, outlink->h, outlink->format, 1);
 129         if (ret < 0)
 130             return ret;
 131
 132         /* fill black picture with black */
 133         for (i = 0; i < 4 && tinterlace->black_data[i]; i++) {
 134             int h = i == 1 || i == 2 ? FF_CEIL_RSHIFT(outlink->h, desc->log2_chroma_h) : outlink->h;
 135             memset(tinterlace->black_data[i], black[i],
 136                    tinterlace->black_linesize[i] * h);
 137         }
 138     }
 139     if ((tinterlace->flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF)
 140             && !(tinterlace->mode == MODE_INTERLEAVE_TOP
 141               || tinterlace->mode == MODE_INTERLEAVE_BOTTOM)) {
 142         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "low_pass_filter flag ignored with mode %d\n",
 143                 tinterlace->mode);
 144         tinterlace->flags &= ~TINTERLACE_FLAG_VLPF;
 145     }
 146     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "mode:%d filter:%s h:%d -> h:%d\n",
 147            tinterlace->mode, (tinterlace->flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF) ? "on" : "off",
 148            inlink->h, outlink->h);
 149
 150     return 0;
 151 }
 152
 153 #define FIELD_UPPER           0
 154 #define FIELD_LOWER           1
 155 #define FIELD_UPPER_AND_LOWER 2
 156
 157 /**
 158  * Copy picture field from src to dst.
 159  *
 160  * @param src_field copy from upper, lower field or both
 161  * @param interleave leave a padding line between each copied line
 162  * @param dst_field copy to upper or lower field,
 163  *        only meaningful when interleave is selected
 164  * @param flags context flags
 165  */
 166 static inline
 167 void copy_picture_field(uint8_t *dst[4], int dst_linesize[4],
 168                         const uint8_t *src[4], int src_linesize[4],
 169                         enum AVPixelFormat format, int w, int src_h,
 170                         int src_field, int interleave, int dst_field,
 171                         int flags)
 172 {
 173     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(format);
 174     int plane, vsub = desc->log2_chroma_h;
 175     int k = src_field == FIELD_UPPER_AND_LOWER ? 1 : 2;
 176     int h, i;
 177
 178     for (plane = 0; plane < desc->nb_components; plane++) {
 179         int lines = plane == 1 || plane == 2 ? FF_CEIL_RSHIFT(src_h, vsub) : src_h;
 180         int linesize = av_image_get_linesize(format, w, plane);
 181         uint8_t *dstp = dst[plane];
 182         const uint8_t *srcp = src[plane];
 183
 184         if (linesize < 0)
 185             return;
 186
 187         lines = (lines + (src_field == FIELD_UPPER)) / k;
 188         if (src_field == FIELD_LOWER)
 189             srcp += src_linesize[plane];
 190         if (interleave && dst_field == FIELD_LOWER)
 191             dstp += dst_linesize[plane];
 192         if (flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF) {
 193             // Low-pass filtering is required when creating an interlaced destination from
 194             // a progressive source which contains high-frequency vertical detail.
 195             // Filtering will reduce interlace 'twitter' and Moire patterning.
 196             int srcp_linesize = src_linesize[plane] * k;
 197             int dstp_linesize = dst_linesize[plane] * (interleave ? 2 : 1);
 198             for (h = lines; h > 0; h--) {
 199                 const uint8_t *srcp_above = srcp - src_linesize[plane];
 200                 const uint8_t *srcp_below = srcp + src_linesize[plane];
 201                 if (h == lines) srcp_above = srcp; // there is no line above
 202                 if (h == 1) srcp_below = srcp;     // there is no line below
 203                 for (i = 0; i < linesize; i++) {
 204                     // this calculation is an integer representation of
 205                     // '0.5 * current + 0.25 * above + 0.25 * below'
 206                     // '1 +' is for rounding. */
 207                     dstp[i] = (1 + srcp[i] + srcp[i] + srcp_above[i] + srcp_below[i]) >> 2;
 208                 }
 209                 dstp += dstp_linesize;
 210                 srcp += srcp_linesize;
 211             }
 212         } else {
 213             av_image_copy_plane(dstp, dst_linesize[plane] * (interleave ? 2 : 1),
 214                             srcp, src_linesize[plane]*k, linesize, lines);
 215         }
 216     }
 217 }
 218
 219 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *picref)
 220 {
 221     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 222     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 223     TInterlaceContext *tinterlace = ctx->priv;
 224     AVFrame *cur, *next, *out;
 225     int field, tff, ret;
 226
 227     av_frame_free(&tinterlace->cur);
 228     tinterlace->cur  = tinterlace->next;
 229     tinterlace->next = picref;
 230
 231     cur = tinterlace->cur;
 232     next = tinterlace->next;
 233     /* we need at least two frames */
 234     if (!tinterlace->cur)
 235         return 0;
 236
 237     switch (tinterlace->mode) {
 238     case MODE_MERGE: /* move the odd frame into the upper field of the new image, even into
 239              * the lower field, generating a double-height video at half framerate */
 240         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 241         if (!out)
 242             return AVERROR(ENOMEM);
 243         av_frame_copy_props(out, cur);
 244         out->height = outlink->h;
 245         out->interlaced_frame = 1;
 246         out->top_field_first = 1;
 247
 248         /* write odd frame lines into the upper field of the new frame */
 249         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 250                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 251                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 252                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, FIELD_UPPER, tinterlace->flags);
 253         /* write even frame lines into the lower field of the new frame */
 254         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 255                            (const uint8_t **)next->data, next->linesize,
 256                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 257                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, FIELD_LOWER, tinterlace->flags);
 258         av_frame_free(&tinterlace->next);
 259         break;
 260
 261     case MODE_DROP_ODD:  /* only output even frames, odd  frames are dropped; height unchanged, half framerate */
 262     case MODE_DROP_EVEN: /* only output odd  frames, even frames are dropped; height unchanged, half framerate */
 263         out = av_frame_clone(tinterlace->mode == MODE_DROP_EVEN ? cur : next);
 264         av_frame_free(&tinterlace->next);
 265         break;
 266
 267     case MODE_PAD: /* expand each frame to double height, but pad alternate
 268                     * lines with black; framerate unchanged */
 269         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 270         if (!out)
 271             return AVERROR(ENOMEM);
 272         av_frame_copy_props(out, cur);
 273         out->height = outlink->h;
 274
 275         field = (1 + tinterlace->frame) & 1 ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER;
 276         /* copy upper and lower fields */
 277         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 278                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 279                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 280                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, field, tinterlace->flags);
 281         /* pad with black the other field */
 282         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 283                            (const uint8_t **)tinterlace->black_data, tinterlace->black_linesize,
 284                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 285                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, !field, tinterlace->flags);
 286         break;
 287
 288         /* interleave upper/lower lines from odd frames with lower/upper lines from even frames,
 289          * halving the frame rate and preserving image height */
 290     case MODE_INTERLEAVE_TOP:    /* top    field first */
 291     case MODE_INTERLEAVE_BOTTOM: /* bottom field first */
 292         tff = tinterlace->mode == MODE_INTERLEAVE_TOP;
 293         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 294         if (!out)
 295             return AVERROR(ENOMEM);
 296         av_frame_copy_props(out, cur);
 297         out->interlaced_frame = 1;
 298         out->top_field_first = tff;
 299
 300         /* copy upper/lower field from cur */
 301         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 302                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 303                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 304                            tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER, 1, tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER,
 305                            tinterlace->flags);
 306         /* copy lower/upper field from next */
 307         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 308                            (const uint8_t **)next->data, next->linesize,
 309                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 310                            tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER, 1, tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER,
 311                            tinterlace->flags);
 312         av_frame_free(&tinterlace->next);
 313         break;
 314     case MODE_INTERLACEX2: /* re-interlace preserving image height, double frame rate */
 315         /* output current frame first */
 316         out = av_frame_clone(cur);
 317         if (!out)
 318             return AVERROR(ENOMEM);
 319         out->interlaced_frame = 1;
 320
 321         if ((ret = ff_filter_frame(outlink, out)) < 0)
 322             return ret;
 323
 324         /* output mix of current and next frame */
 325         tff = next->top_field_first;
 326         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 327         if (!out)
 328             return AVERROR(ENOMEM);
 329         av_frame_copy_props(out, next);
 330         out->interlaced_frame = 1;
 331
 332         /* write current frame second field lines into the second field of the new frame */
 333         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 334                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 335                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 336                            tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER, 1, tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER,
 337                            tinterlace->flags);
 338         /* write next frame first field lines into the first field of the new frame */
 339         copy_picture_field(out->data, out->linesize,
 340                            (const uint8_t **)next->data, next->linesize,
 341                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 342                            tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER, 1, tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER,
 343                            tinterlace->flags);
 344         break;
 345     default:
 346         av_assert0(0);
 347     }
 348
 349     ret = ff_filter_frame(outlink, out);
 350     tinterlace->frame++;
 351
 352     return ret;
 353 }
 354
 355 static const AVFilterPad tinterlace_inputs[] = {
 356     {
 357         .name         = "default",
 358         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 359         .filter_frame = filter_frame,
 360     },
 361     { NULL }
 362 };
 363
 364 static const AVFilterPad tinterlace_outputs[] = {
 365     {
 366         .name          = "default",
 367         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 368         .config_props  = config_out_props,
 369     },
 370     { NULL }
 371 };
 372
 373 AVFilter avfilter_vf_tinterlace = {
 374     .name          = "tinterlace",
 375     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Perform temporal field interlacing."),
 376     .priv_size     = sizeof(TInterlaceContext),
 377     .uninit        = uninit,
 378     .query_formats = query_formats,
 379     .inputs        = tinterlace_inputs,
 380     .outputs       = tinterlace_outputs,
 381     .priv_class    = &tinterlace_class,
 382 };