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 #include "tinterlace.h"
  34
  35 #define OFFSET(x) offsetof(TInterlaceContext, x)
  36 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  37 #define TINTERLACE_FLAG_VLPF 01
  38 #define TINTERLACE_FLAG_EXACT_TB 2
  39
  40 static const AVOption tinterlace_options[] = {
  41     {"mode",              "select interlace mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=MODE_MERGE}, 0, MODE_NB-1, FLAGS, "mode"},
  42     {"merge",             "merge fields",                                 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_MERGE},             INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  43     {"drop_even",         "drop even fields",                             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_DROP_EVEN},         INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  44     {"drop_odd",          "drop odd fields",                              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_DROP_ODD},          INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  45     {"pad",               "pad alternate lines with black",               0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_PAD},               INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  46     {"interleave_top",    "interleave top and bottom fields",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_INTERLEAVE_TOP},    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  47     {"interleave_bottom", "interleave bottom and top fields",             0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_INTERLEAVE_BOTTOM}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  48     {"interlacex2",       "interlace fields from two consecutive frames", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_INTERLACEX2},       INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  49     {"mergex2",           "merge fields keeping same frame rate",         0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_MERGEX2},           INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode"},
  50
  51     {"flags",             "set flags", OFFSET(flags), AV_OPT_TYPE_FLAGS, {.i64 = 0}, 0, INT_MAX, 0, "flags" },
  52     {"low_pass_filter",   "enable vertical low-pass filter",              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = TINTERLACE_FLAG_VLPF}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "flags" },
  53     {"vlpf",              "enable vertical low-pass filter",              0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = TINTERLACE_FLAG_VLPF}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "flags" },
  54     {"exact_tb",          "force a timebase which can represent timestamps exactly", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = TINTERLACE_FLAG_EXACT_TB}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "flags" },
  55
  56     {NULL}
  57 };
  58
  59 AVFILTER_DEFINE_CLASS(tinterlace);
  60
  61 #define FULL_SCALE_YUVJ_FORMATS \
  62     AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P
  63
  64 static const enum AVPixelFormat full_scale_yuvj_pix_fmts[] = {
  65     FULL_SCALE_YUVJ_FORMATS, AV_PIX_FMT_NONE
  66 };
  67
  68 static const AVRational standard_tbs[] = {
  69     {1, 25},
  70     {1, 30},
  71     {1001, 30000},
  72 };
  73
  74 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  75 {
  76     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  77         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
  78         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
  79         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
  80         AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUVA444P,
  81         AV_PIX_FMT_GRAY8, FULL_SCALE_YUVJ_FORMATS,
  82         AV_PIX_FMT_NONE
  83     };
  84
  85     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
  86     if (!fmts_list)
  87         return AVERROR(ENOMEM);
  88     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
  89 }
  90
  91 static void lowpass_line_c(uint8_t *dstp, ptrdiff_t width, const uint8_t *srcp,
  92                            const uint8_t *srcp_above, const uint8_t *srcp_below)
  93 {
  94     int i;
  95     for (i = 0; i < width; i++) {
  96         // this calculation is an integer representation of
  97         // '0.5 * current + 0.25 * above + 0.25 * below'
  98         // '1 +' is for rounding.
  99         dstp[i] = (1 + srcp[i] + srcp[i] + srcp_above[i] + srcp_below[i]) >> 2;
 100     }
 101 }
 102
 103 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 104 {
 105     TInterlaceContext *tinterlace = ctx->priv;
 106
 107     av_frame_free(&tinterlace->cur );
 108     av_frame_free(&tinterlace->next);
 109     av_freep(&tinterlace->black_data[0]);
 110 }
 111
 112 static int config_out_props(AVFilterLink *outlink)
 113 {
 114     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 115     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
 116     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 117     TInterlaceContext *tinterlace = ctx->priv;
 118     int i;
 119
 120     tinterlace->vsub = desc->log2_chroma_h;
 121     outlink->w = inlink->w;
 122     outlink->h = tinterlace->mode == MODE_MERGE || tinterlace->mode == MODE_PAD || tinterlace->mode == MODE_MERGEX2?
 123         inlink->h*2 : inlink->h;
 124     if (tinterlace->mode == MODE_MERGE || tinterlace->mode == MODE_PAD || tinterlace->mode == MODE_MERGEX2)
 125         outlink->sample_aspect_ratio = av_mul_q(inlink->sample_aspect_ratio,
 126                                                 av_make_q(2, 1));
 127
 128     if (tinterlace->mode == MODE_PAD) {
 129         uint8_t black[4] = { 16, 128, 128, 16 };
 130         int i, ret;
 131         if (ff_fmt_is_in(outlink->format, full_scale_yuvj_pix_fmts))
 132             black[0] = black[3] = 0;
 133         ret = av_image_alloc(tinterlace->black_data, tinterlace->black_linesize,
 134                              outlink->w, outlink->h, outlink->format, 16);
 135         if (ret < 0)
 136             return ret;
 137
 138         /* fill black picture with black */
 139         for (i = 0; i < 4 && tinterlace->black_data[i]; i++) {
 140             int h = i == 1 || i == 2 ? AV_CEIL_RSHIFT(outlink->h, desc->log2_chroma_h) : outlink->h;
 141             memset(tinterlace->black_data[i], black[i],
 142                    tinterlace->black_linesize[i] * h);
 143         }
 144     }
 145     if ((tinterlace->flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF)
 146             && !(tinterlace->mode == MODE_INTERLEAVE_TOP
 147               || tinterlace->mode == MODE_INTERLEAVE_BOTTOM)) {
 148         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "low_pass_filter flag ignored with mode %d\n",
 149                 tinterlace->mode);
 150         tinterlace->flags &= ~TINTERLACE_FLAG_VLPF;
 151     }
 152     tinterlace->preout_time_base = inlink->time_base;
 153     if (tinterlace->mode == MODE_INTERLACEX2) {
 154         tinterlace->preout_time_base.den *= 2;
 155         outlink->frame_rate = av_mul_q(inlink->frame_rate, (AVRational){2,1});
 156         outlink->time_base  = av_mul_q(inlink->time_base , (AVRational){1,2});
 157     } else if (tinterlace->mode == MODE_MERGEX2) {
 158         outlink->frame_rate = inlink->frame_rate;
 159         outlink->time_base  = inlink->time_base;
 160     } else if (tinterlace->mode != MODE_PAD) {
 161         outlink->frame_rate = av_mul_q(inlink->frame_rate, (AVRational){1,2});
 162         outlink->time_base  = av_mul_q(inlink->time_base , (AVRational){2,1});
 163     }
 164
 165     for (i = 0; i<FF_ARRAY_ELEMS(standard_tbs); i++){
 166         if (!av_cmp_q(standard_tbs[i], outlink->time_base))
 167             break;
 168     }
 169     if (i == FF_ARRAY_ELEMS(standard_tbs) ||
 170         (tinterlace->flags & TINTERLACE_FLAG_EXACT_TB))
 171         outlink->time_base = tinterlace->preout_time_base;
 172
 173     if (tinterlace->flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF) {
 174         tinterlace->lowpass_line = lowpass_line_c;
 175         if (ARCH_X86)
 176             ff_tinterlace_init_x86(tinterlace);
 177     }
 178
 179     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "mode:%d filter:%s h:%d -> h:%d\n",
 180            tinterlace->mode, (tinterlace->flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF) ? "on" : "off",
 181            inlink->h, outlink->h);
 182
 183     return 0;
 184 }
 185
 186 #define FIELD_UPPER           0
 187 #define FIELD_LOWER           1
 188 #define FIELD_UPPER_AND_LOWER 2
 189
 190 /**
 191  * Copy picture field from src to dst.
 192  *
 193  * @param src_field copy from upper, lower field or both
 194  * @param interleave leave a padding line between each copied line
 195  * @param dst_field copy to upper or lower field,
 196  *        only meaningful when interleave is selected
 197  * @param flags context flags
 198  */
 199 static inline
 200 void copy_picture_field(TInterlaceContext *tinterlace,
 201                         uint8_t *dst[4], int dst_linesize[4],
 202                         const uint8_t *src[4], int src_linesize[4],
 203                         enum AVPixelFormat format, int w, int src_h,
 204                         int src_field, int interleave, int dst_field,
 205                         int flags)
 206 {
 207     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(format);
 208     int hsub = desc->log2_chroma_w;
 209     int plane, vsub = desc->log2_chroma_h;
 210     int k = src_field == FIELD_UPPER_AND_LOWER ? 1 : 2;
 211     int h;
 212
 213     for (plane = 0; plane < desc->nb_components; plane++) {
 214         int lines = plane == 1 || plane == 2 ? AV_CEIL_RSHIFT(src_h, vsub) : src_h;
 215         int cols  = plane == 1 || plane == 2 ? AV_CEIL_RSHIFT(    w, hsub) : w;
 216         uint8_t *dstp = dst[plane];
 217         const uint8_t *srcp = src[plane];
 218
 219         lines = (lines + (src_field == FIELD_UPPER)) / k;
 220         if (src_field == FIELD_LOWER)
 221             srcp += src_linesize[plane];
 222         if (interleave && dst_field == FIELD_LOWER)
 223             dstp += dst_linesize[plane];
 224         if (flags & TINTERLACE_FLAG_VLPF) {
 225             // Low-pass filtering is required when creating an interlaced destination from
 226             // a progressive source which contains high-frequency vertical detail.
 227             // Filtering will reduce interlace 'twitter' and Moire patterning.
 228             int srcp_linesize = src_linesize[plane] * k;
 229             int dstp_linesize = dst_linesize[plane] * (interleave ? 2 : 1);
 230             for (h = lines; h > 0; h--) {
 231                 const uint8_t *srcp_above = srcp - src_linesize[plane];
 232                 const uint8_t *srcp_below = srcp + src_linesize[plane];
 233                 if (h == lines) srcp_above = srcp; // there is no line above
 234                 if (h == 1) srcp_below = srcp;     // there is no line below
 235
 236                 tinterlace->lowpass_line(dstp, cols, srcp, srcp_above, srcp_below);
 237                 dstp += dstp_linesize;
 238                 srcp += srcp_linesize;
 239             }
 240         } else {
 241             av_image_copy_plane(dstp, dst_linesize[plane] * (interleave ? 2 : 1),
 242                                 srcp, src_linesize[plane]*k, cols, lines);
 243         }
 244     }
 245 }
 246
 247 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *picref)
 248 {
 249     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 250     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 251     TInterlaceContext *tinterlace = ctx->priv;
 252     AVFrame *cur, *next, *out;
 253     int field, tff, ret;
 254
 255     av_frame_free(&tinterlace->cur);
 256     tinterlace->cur  = tinterlace->next;
 257     tinterlace->next = picref;
 258
 259     cur = tinterlace->cur;
 260     next = tinterlace->next;
 261     /* we need at least two frames */
 262     if (!tinterlace->cur)
 263         return 0;
 264
 265     switch (tinterlace->mode) {
 266     case MODE_MERGEX2: /* move the odd frame into the upper field of the new image, even into
 267                         * the lower field, generating a double-height video at same framerate */
 268     case MODE_MERGE: /* move the odd frame into the upper field of the new image, even into
 269              * the lower field, generating a double-height video at half framerate */
 270         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 271         if (!out)
 272             return AVERROR(ENOMEM);
 273         av_frame_copy_props(out, cur);
 274         out->height = outlink->h;
 275         out->interlaced_frame = 1;
 276         out->top_field_first = 1;
 277         out->sample_aspect_ratio = av_mul_q(cur->sample_aspect_ratio, av_make_q(2, 1));
 278
 279         /* write odd frame lines into the upper field of the new frame */
 280         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 281                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 282                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 283                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, tinterlace->mode == MODE_MERGEX2 ? inlink->frame_count & 1 ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER : FIELD_UPPER, tinterlace->flags);
 284         /* write even frame lines into the lower field of the new frame */
 285         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 286                            (const uint8_t **)next->data, next->linesize,
 287                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 288                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, tinterlace->mode == MODE_MERGEX2 ? inlink->frame_count & 1 ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER : FIELD_LOWER, tinterlace->flags);
 289         if (tinterlace->mode != MODE_MERGEX2)
 290             av_frame_free(&tinterlace->next);
 291         break;
 292
 293     case MODE_DROP_ODD:  /* only output even frames, odd  frames are dropped; height unchanged, half framerate */
 294     case MODE_DROP_EVEN: /* only output odd  frames, even frames are dropped; height unchanged, half framerate */
 295         out = av_frame_clone(tinterlace->mode == MODE_DROP_EVEN ? cur : next);
 296         if (!out)
 297             return AVERROR(ENOMEM);
 298         av_frame_free(&tinterlace->next);
 299         break;
 300
 301     case MODE_PAD: /* expand each frame to double height, but pad alternate
 302                     * lines with black; framerate unchanged */
 303         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 304         if (!out)
 305             return AVERROR(ENOMEM);
 306         av_frame_copy_props(out, cur);
 307         out->height = outlink->h;
 308         out->sample_aspect_ratio = av_mul_q(cur->sample_aspect_ratio, av_make_q(2, 1));
 309
 310         field = (1 + tinterlace->frame) & 1 ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER;
 311         /* copy upper and lower fields */
 312         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 313                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 314                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 315                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, field, tinterlace->flags);
 316         /* pad with black the other field */
 317         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 318                            (const uint8_t **)tinterlace->black_data, tinterlace->black_linesize,
 319                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 320                            FIELD_UPPER_AND_LOWER, 1, !field, tinterlace->flags);
 321         break;
 322
 323         /* interleave upper/lower lines from odd frames with lower/upper lines from even frames,
 324          * halving the frame rate and preserving image height */
 325     case MODE_INTERLEAVE_TOP:    /* top    field first */
 326     case MODE_INTERLEAVE_BOTTOM: /* bottom field first */
 327         tff = tinterlace->mode == MODE_INTERLEAVE_TOP;
 328         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 329         if (!out)
 330             return AVERROR(ENOMEM);
 331         av_frame_copy_props(out, cur);
 332         out->interlaced_frame = 1;
 333         out->top_field_first = tff;
 334
 335         /* copy upper/lower field from cur */
 336         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 337                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 338                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 339                            tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER, 1, tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER,
 340                            tinterlace->flags);
 341         /* copy lower/upper field from next */
 342         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 343                            (const uint8_t **)next->data, next->linesize,
 344                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 345                            tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER, 1, tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER,
 346                            tinterlace->flags);
 347         av_frame_free(&tinterlace->next);
 348         break;
 349     case MODE_INTERLACEX2: /* re-interlace preserving image height, double frame rate */
 350         /* output current frame first */
 351         out = av_frame_clone(cur);
 352         if (!out)
 353             return AVERROR(ENOMEM);
 354         out->interlaced_frame = 1;
 355         if (cur->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 356             out->pts = cur->pts*2;
 357
 358         out->pts = av_rescale_q(out->pts, tinterlace->preout_time_base, outlink->time_base);
 359         if ((ret = ff_filter_frame(outlink, out)) < 0)
 360             return ret;
 361
 362         /* output mix of current and next frame */
 363         tff = next->top_field_first;
 364         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 365         if (!out)
 366             return AVERROR(ENOMEM);
 367         av_frame_copy_props(out, next);
 368         out->interlaced_frame = 1;
 369         out->top_field_first = !tff;
 370
 371         if (next->pts != AV_NOPTS_VALUE && cur->pts != AV_NOPTS_VALUE)
 372             out->pts = cur->pts + next->pts;
 373         else
 374             out->pts = AV_NOPTS_VALUE;
 375         /* write current frame second field lines into the second field of the new frame */
 376         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 377                            (const uint8_t **)cur->data, cur->linesize,
 378                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 379                            tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER, 1, tff ? FIELD_LOWER : FIELD_UPPER,
 380                            tinterlace->flags);
 381         /* write next frame first field lines into the first field of the new frame */
 382         copy_picture_field(tinterlace, out->data, out->linesize,
 383                            (const uint8_t **)next->data, next->linesize,
 384                            inlink->format, inlink->w, inlink->h,
 385                            tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER, 1, tff ? FIELD_UPPER : FIELD_LOWER,
 386                            tinterlace->flags);
 387         break;
 388     default:
 389         av_assert0(0);
 390     }
 391
 392     out->pts = av_rescale_q(out->pts, tinterlace->preout_time_base, outlink->time_base);
 393     ret = ff_filter_frame(outlink, out);
 394     tinterlace->frame++;
 395
 396     return ret;
 397 }
 398
 399 static const AVFilterPad tinterlace_inputs[] = {
 400     {
 401         .name         = "default",
 402         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 403         .filter_frame = filter_frame,
 404     },
 405     { NULL }
 406 };
 407
 408 static const AVFilterPad tinterlace_outputs[] = {
 409     {
 410         .name         = "default",
 411         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 412         .config_props = config_out_props,
 413     },
 414     { NULL }
 415 };
 416
 417 AVFilter ff_vf_tinterlace = {
 418     .name          = "tinterlace",
 419     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Perform temporal field interlacing."),
 420     .priv_size     = sizeof(TInterlaceContext),
 421     .uninit        = uninit,
 422     .query_formats = query_formats,
 423     .inputs        = tinterlace_inputs,
 424     .outputs       = tinterlace_outputs,
 425     .priv_class    = &tinterlace_class,
 426 };