git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavfilter/vf_v360.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2019 Eugene Lyapustin
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 /**
  22  * @file
  23  * 360 video conversion filter.
  24  * Principle of operation:
  25  *
  26  * (for each pixel in output frame)
  27  * 1) Calculate OpenGL-like coordinates (x, y, z) for pixel position (i, j)
  28  * 2) Apply 360 operations (rotation, mirror) to (x, y, z)
  29  * 3) Calculate pixel position (u, v) in input frame
  30  * 4) Calculate interpolation window and weight for each pixel
  31  *
  32  * (for each frame)
  33  * 5) Remap input frame to output frame using precalculated data
  34  */
  35
  36 #include <math.h>
  37
  38 #include "libavutil/avassert.h"
  39 #include "libavutil/imgutils.h"
  40 #include "libavutil/pixdesc.h"
  41 #include "libavutil/opt.h"
  42 #include "avfilter.h"
  43 #include "formats.h"
  44 #include "internal.h"
  45 #include "video.h"
  46 #include "v360.h"
  47
  48 typedef struct ThreadData {
  49     AVFrame *in;
  50     AVFrame *out;
  51 } ThreadData;
  52
  53 #define OFFSET(x) offsetof(V360Context, x)
  54 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  55
  56 static const AVOption v360_options[] = {
  57     {     "input", "set input projection",              OFFSET(in), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=EQUIRECTANGULAR}, 0,    NB_PROJECTIONS-1, FLAGS, "in" },
  58     {         "e", "equirectangular",                            0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=EQUIRECTANGULAR}, 0,                   0, FLAGS, "in" },
  59     {  "equirect", "equirectangular",                            0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=EQUIRECTANGULAR}, 0,                   0, FLAGS, "in" },
  60     {      "c3x2", "cubemap 3x2",                                0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=CUBEMAP_3_2},     0,                   0, FLAGS, "in" },
  61     {      "c6x1", "cubemap 6x1",                                0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=CUBEMAP_6_1},     0,                   0, FLAGS, "in" },
  62     {       "eac", "equi-angular cubemap",                       0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=EQUIANGULAR},     0,                   0, FLAGS, "in" },
  63     {  "dfisheye", "dual fisheye",                               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=DUAL_FISHEYE},    0,                   0, FLAGS, "in" },
  64     {    "barrel", "barrel facebook's 360 format",               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BARREL},          0,                   0, FLAGS, "in" },
  65     {        "fb", "barrel facebook's 360 format",               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BARREL},          0,                   0, FLAGS, "in" },
  66     {      "c1x6", "cubemap 1x6",                                0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=CUBEMAP_1_6},     0,                   0, FLAGS, "in" },
  67     {        "sg", "stereographic",                              0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=STEREOGRAPHIC},   0,                   0, FLAGS, "in" },
  68     {  "mercator", "mercator",                                   0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=MERCATOR},        0,                   0, FLAGS, "in" },
  69     {      "ball", "ball",                                       0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BALL},            0,                   0, FLAGS, "in" },
  70     {    "hammer", "hammer",                                     0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=HAMMER},          0,                   0, FLAGS, "in" },
  71     {    "output", "set output projection",            OFFSET(out), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=CUBEMAP_3_2},     0,    NB_PROJECTIONS-1, FLAGS, "out" },
  72     {         "e", "equirectangular",                            0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=EQUIRECTANGULAR}, 0,                   0, FLAGS, "out" },
  73     {  "equirect", "equirectangular",                            0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=EQUIRECTANGULAR}, 0,                   0, FLAGS, "out" },
  74     {      "c3x2", "cubemap 3x2",                                0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=CUBEMAP_3_2},     0,                   0, FLAGS, "out" },
  75     {      "c6x1", "cubemap 6x1",                                0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=CUBEMAP_6_1},     0,                   0, FLAGS, "out" },
  76     {       "eac", "equi-angular cubemap",                       0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=EQUIANGULAR},     0,                   0, FLAGS, "out" },
  77     {  "dfisheye", "dual fisheye",                               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=DUAL_FISHEYE},    0,                   0, FLAGS, "out" },
  78     {      "flat", "regular video",                              0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=FLAT},            0,                   0, FLAGS, "out" },
  79     {"rectilinear", "regular video",                             0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=FLAT},            0,                   0, FLAGS, "out" },
  80     {  "gnomonic", "regular video",                              0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=FLAT},            0,                   0, FLAGS, "out" },
  81     {    "barrel", "barrel facebook's 360 format",               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BARREL},          0,                   0, FLAGS, "out" },
  82     {        "fb", "barrel facebook's 360 format",               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BARREL},          0,                   0, FLAGS, "out" },
  83     {      "c1x6", "cubemap 1x6",                                0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=CUBEMAP_1_6},     0,                   0, FLAGS, "out" },
  84     {        "sg", "stereographic",                              0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=STEREOGRAPHIC},   0,                   0, FLAGS, "out" },
  85     {  "mercator", "mercator",                                   0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=MERCATOR},        0,                   0, FLAGS, "out" },
  86     {      "ball", "ball",                                       0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BALL},            0,                   0, FLAGS, "out" },
  87     {    "hammer", "hammer",                                     0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=HAMMER},          0,                   0, FLAGS, "out" },
  88     {    "interp", "set interpolation method",      OFFSET(interp), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=BILINEAR},        0, NB_INTERP_METHODS-1, FLAGS, "interp" },
  89     {      "near", "nearest neighbour",                          0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=NEAREST},         0,                   0, FLAGS, "interp" },
  90     {   "nearest", "nearest neighbour",                          0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=NEAREST},         0,                   0, FLAGS, "interp" },
  91     {      "line", "bilinear interpolation",                     0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BILINEAR},        0,                   0, FLAGS, "interp" },
  92     {    "linear", "bilinear interpolation",                     0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BILINEAR},        0,                   0, FLAGS, "interp" },
  93     {      "cube", "bicubic interpolation",                      0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BICUBIC},         0,                   0, FLAGS, "interp" },
  94     {     "cubic", "bicubic interpolation",                      0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=BICUBIC},         0,                   0, FLAGS, "interp" },
  95     {      "lanc", "lanczos interpolation",                      0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=LANCZOS},         0,                   0, FLAGS, "interp" },
  96     {   "lanczos", "lanczos interpolation",                      0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=LANCZOS},         0,                   0, FLAGS, "interp" },
  97     {         "w", "output width",                   OFFSET(width), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=0},               0,           INT16_MAX, FLAGS, "w"},
  98     {         "h", "output height",                 OFFSET(height), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=0},               0,           INT16_MAX, FLAGS, "h"},
  99     { "in_stereo", "input stereo format",        OFFSET(in_stereo), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=STEREO_2D},       0,    NB_STEREO_FMTS-1, FLAGS, "stereo" },
 100     {"out_stereo", "output stereo format",      OFFSET(out_stereo), AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64=STEREO_2D},       0,    NB_STEREO_FMTS-1, FLAGS, "stereo" },
 101     {        "2d", "2d mono",                                    0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=STEREO_2D},       0,                   0, FLAGS, "stereo" },
 102     {       "sbs", "side by side",                               0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=STEREO_SBS},      0,                   0, FLAGS, "stereo" },
 103     {        "tb", "top bottom",                                 0, AV_OPT_TYPE_CONST,  {.i64=STEREO_TB},       0,                   0, FLAGS, "stereo" },
 104     { "in_forder", "input cubemap face order",   OFFSET(in_forder), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="rludfb"},        0,     NB_DIRECTIONS-1, FLAGS, "in_forder"},
 105     {"out_forder", "output cubemap face order", OFFSET(out_forder), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="rludfb"},        0,     NB_DIRECTIONS-1, FLAGS, "out_forder"},
 106     {   "in_frot", "input cubemap face rotation",  OFFSET(in_frot), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="000000"},        0,     NB_DIRECTIONS-1, FLAGS, "in_frot"},
 107     {  "out_frot", "output cubemap face rotation",OFFSET(out_frot), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="000000"},        0,     NB_DIRECTIONS-1, FLAGS, "out_frot"},
 108     {    "in_pad", "input cubemap pads",            OFFSET(in_pad), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0.f},           0.f,                 1.f, FLAGS, "in_pad"},
 109     {   "out_pad", "output cubemap pads",          OFFSET(out_pad), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0.f},           0.f,                 1.f, FLAGS, "out_pad"},
 110     {       "yaw", "yaw rotation",                     OFFSET(yaw), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0.f},        -180.f,               180.f, FLAGS, "yaw"},
 111     {     "pitch", "pitch rotation",                 OFFSET(pitch), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0.f},        -180.f,               180.f, FLAGS, "pitch"},
 112     {      "roll", "roll rotation",                   OFFSET(roll), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0.f},        -180.f,               180.f, FLAGS, "roll"},
 113     {    "rorder", "rotation order",                OFFSET(rorder), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str="ypr"},           0,                   0, FLAGS, "rorder"},
 114     {     "h_fov", "horizontal field of view",       OFFSET(h_fov), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=90.f},     0.00001f,               360.f, FLAGS, "h_fov"},
 115     {     "v_fov", "vertical field of view",         OFFSET(v_fov), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=45.f},     0.00001f,               360.f, FLAGS, "v_fov"},
 116     {     "d_fov", "diagonal field of view",         OFFSET(d_fov), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl=0.f},           0.f,               360.f, FLAGS, "d_fov"},
 117     {    "h_flip", "flip out video horizontally",   OFFSET(h_flip), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "h_flip"},
 118     {    "v_flip", "flip out video vertically",     OFFSET(v_flip), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "v_flip"},
 119     {    "d_flip", "flip out video indepth",        OFFSET(d_flip), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "d_flip"},
 120     {   "ih_flip", "flip in video horizontally",   OFFSET(ih_flip), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "ih_flip"},
 121     {   "iv_flip", "flip in video vertically",     OFFSET(iv_flip), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "iv_flip"},
 122     {  "in_trans", "transpose video input",   OFFSET(in_transpose), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "in_transpose"},
 123     { "out_trans", "transpose video output", OFFSET(out_transpose), AV_OPT_TYPE_BOOL,   {.i64=0},               0,                   1, FLAGS, "out_transpose"},
 124     { NULL }
 125 };
 126
 127 AVFILTER_DEFINE_CLASS(v360);
 128
 129 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 130 {
 131     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 132         // YUVA444
 133         AV_PIX_FMT_YUVA444P,   AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
 134         AV_PIX_FMT_YUVA444P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P12,
 135         AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
 136
 137         // YUVA422
 138         AV_PIX_FMT_YUVA422P,   AV_PIX_FMT_YUVA422P9,
 139         AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P12,
 140         AV_PIX_FMT_YUVA422P16,
 141
 142         // YUVA420
 143         AV_PIX_FMT_YUVA420P,   AV_PIX_FMT_YUVA420P9,
 144         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA420P16,
 145
 146         // YUVJ
 147         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
 148         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
 149         AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
 150
 151         // YUV444
 152         AV_PIX_FMT_YUV444P,   AV_PIX_FMT_YUV444P9,
 153         AV_PIX_FMT_YUV444P10, AV_PIX_FMT_YUV444P12,
 154         AV_PIX_FMT_YUV444P14, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
 155
 156         // YUV440
 157         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV440P10,
 158         AV_PIX_FMT_YUV440P12,
 159
 160         // YUV422
 161         AV_PIX_FMT_YUV422P,   AV_PIX_FMT_YUV422P9,
 162         AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV422P12,
 163         AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV422P16,
 164
 165         // YUV420
 166         AV_PIX_FMT_YUV420P,   AV_PIX_FMT_YUV420P9,
 167         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
 168         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV420P16,
 169
 170         // YUV411
 171         AV_PIX_FMT_YUV411P,
 172
 173         // YUV410
 174         AV_PIX_FMT_YUV410P,
 175
 176         // GBR
 177         AV_PIX_FMT_GBRP,   AV_PIX_FMT_GBRP9,
 178         AV_PIX_FMT_GBRP10, AV_PIX_FMT_GBRP12,
 179         AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
 180
 181         // GBRA
 182         AV_PIX_FMT_GBRAP,   AV_PIX_FMT_GBRAP10,
 183         AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
 184
 185         // GRAY
 186         AV_PIX_FMT_GRAY8,  AV_PIX_FMT_GRAY9,
 187         AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12,
 188         AV_PIX_FMT_GRAY14, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 189
 190         AV_PIX_FMT_NONE
 191     };
 192
 193     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
 194     if (!fmts_list)
 195         return AVERROR(ENOMEM);
 196     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
 197 }
 198
 199 #define DEFINE_REMAP1_LINE(bits, div)                                                           \
 200 static void remap1_##bits##bit_line_c(uint8_t *dst, int width, const uint8_t *src,              \
 201                                       ptrdiff_t in_linesize,                                    \
 202                                       const uint16_t *u, const uint16_t *v, const int16_t *ker) \
 203 {                                                                                               \
 204     const uint##bits##_t *s = (const uint##bits##_t *)src;                                      \
 205     uint##bits##_t *d = (uint##bits##_t *)dst;                                                  \
 206                                                                                                 \
 207     in_linesize /= div;                                                                         \
 208                                                                                                 \
 209     for (int x = 0; x < width; x++)                                                             \
 210         d[x] = s[v[x] * in_linesize + u[x]];                                                    \
 211 }
 212
 213 DEFINE_REMAP1_LINE( 8, 1)
 214 DEFINE_REMAP1_LINE(16, 2)
 215
 216 /**
 217  * Generate remapping function with a given window size and pixel depth.
 218  *
 219  * @param ws size of interpolation window
 220  * @param bits number of bits per pixel
 221  */
 222 #define DEFINE_REMAP(ws, bits)                                                                             \
 223 static int remap##ws##_##bits##bit_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)          \
 224 {                                                                                                          \
 225     ThreadData *td = (ThreadData*)arg;                                                                     \
 226     const V360Context *s = ctx->priv;                                                                      \
 227     const AVFrame *in = td->in;                                                                            \
 228     AVFrame *out = td->out;                                                                                \
 229                                                                                                            \
 230     for (int stereo = 0; stereo < 1 + s->out_stereo > STEREO_2D; stereo++) {                               \
 231         for (int plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {                                               \
 232             const int in_linesize  = in->linesize[plane];                                                  \
 233             const int out_linesize = out->linesize[plane];                                                 \
 234             const int uv_linesize = s->uv_linesize[plane];                                                 \
 235             const int in_offset_w = stereo ? s->in_offset_w[plane] : 0;                                    \
 236             const int in_offset_h = stereo ? s->in_offset_h[plane] : 0;                                    \
 237             const int out_offset_w = stereo ? s->out_offset_w[plane] : 0;                                  \
 238             const int out_offset_h = stereo ? s->out_offset_h[plane] : 0;                                  \
 239             const uint8_t *src = in->data[plane] + in_offset_h * in_linesize + in_offset_w * (bits >> 3);  \
 240             uint8_t *dst = out->data[plane] + out_offset_h * out_linesize + out_offset_w * (bits >> 3);    \
 241             const int width = s->pr_width[plane];                                                          \
 242             const int height = s->pr_height[plane];                                                        \
 243                                                                                                            \
 244             const int slice_start = (height *  jobnr     ) / nb_jobs;                                      \
 245             const int slice_end   = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;                                      \
 246                                                                                                            \
 247             for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {                                                \
 248                 const unsigned map = s->map[plane];                                                        \
 249                 const uint16_t *u = s->u[map] + y * uv_linesize * ws * ws;                                 \
 250                 const uint16_t *v = s->v[map] + y * uv_linesize * ws * ws;                                 \
 251                 const int16_t *ker = s->ker[map] + y * uv_linesize * ws * ws;                              \
 252                                                                                                            \
 253                 s->remap_line(dst + y * out_linesize, width, src, in_linesize, u, v, ker);                 \
 254             }                                                                                              \
 255         }                                                                                                  \
 256     }                                                                                                      \
 257                                                                                                            \
 258     return 0;                                                                                              \
 259 }
 260
 261 DEFINE_REMAP(1,  8)
 262 DEFINE_REMAP(2,  8)
 263 DEFINE_REMAP(4,  8)
 264 DEFINE_REMAP(1, 16)
 265 DEFINE_REMAP(2, 16)
 266 DEFINE_REMAP(4, 16)
 267
 268 #define DEFINE_REMAP_LINE(ws, bits, div)                                                                   \
 269 static void remap##ws##_##bits##bit_line_c(uint8_t *dst, int width, const uint8_t *src,                    \
 270                                            ptrdiff_t in_linesize,                                          \
 271                                            const uint16_t *u, const uint16_t *v, const int16_t *ker)       \
 272 {                                                                                                          \
 273     const uint##bits##_t *s = (const uint##bits##_t *)src;                                                 \
 274     uint##bits##_t *d = (uint##bits##_t *)dst;                                                             \
 275                                                                                                            \
 276     in_linesize /= div;                                                                                    \
 277                                                                                                            \
 278     for (int x = 0; x < width; x++) {                                                                      \
 279         const uint16_t *uu = u + x * ws * ws;                                                              \
 280         const uint16_t *vv = v + x * ws * ws;                                                              \
 281         const int16_t *kker = ker + x * ws * ws;                                                           \
 282         int tmp = 0;                                                                                       \
 283                                                                                                            \
 284         for (int i = 0; i < ws; i++) {                                                                     \
 285             for (int j = 0; j < ws; j++) {                                                                 \
 286                 tmp += kker[i * ws + j] * s[vv[i * ws + j] * in_linesize + uu[i * ws + j]];                \
 287             }                                                                                              \
 288         }                                                                                                  \
 289                                                                                                            \
 290         d[x] = av_clip_uint##bits(tmp >> 14);                                                              \
 291     }                                                                                                      \
 292 }
 293
 294 DEFINE_REMAP_LINE(2,  8, 1)
 295 DEFINE_REMAP_LINE(4,  8, 1)
 296 DEFINE_REMAP_LINE(2, 16, 2)
 297 DEFINE_REMAP_LINE(4, 16, 2)
 298
 299 void ff_v360_init(V360Context *s, int depth)
 300 {
 301     switch (s->interp) {
 302     case NEAREST:
 303         s->remap_line = depth <= 8 ? remap1_8bit_line_c : remap1_16bit_line_c;
 304         break;
 305     case BILINEAR:
 306         s->remap_line = depth <= 8 ? remap2_8bit_line_c : remap2_16bit_line_c;
 307         break;
 308     case BICUBIC:
 309     case LANCZOS:
 310         s->remap_line = depth <= 8 ? remap4_8bit_line_c : remap4_16bit_line_c;
 311         break;
 312     }
 313
 314     if (ARCH_X86)
 315         ff_v360_init_x86(s, depth);
 316 }
 317
 318 /**
 319  * Save nearest pixel coordinates for remapping.
 320  *
 321  * @param du horizontal relative coordinate
 322  * @param dv vertical relative coordinate
 323  * @param rmap calculated 4x4 window
 324  * @param u u remap data
 325  * @param v v remap data
 326  * @param ker ker remap data
 327  */
 328 static void nearest_kernel(float du, float dv, const XYRemap *rmap,
 329                            uint16_t *u, uint16_t *v, int16_t *ker)
 330 {
 331     const int i = roundf(dv) + 1;
 332     const int j = roundf(du) + 1;
 333
 334     u[0] = rmap->u[i][j];
 335     v[0] = rmap->v[i][j];
 336 }
 337
 338 /**
 339  * Calculate kernel for bilinear interpolation.
 340  *
 341  * @param du horizontal relative coordinate
 342  * @param dv vertical relative coordinate
 343  * @param rmap calculated 4x4 window
 344  * @param u u remap data
 345  * @param v v remap data
 346  * @param ker ker remap data
 347  */
 348 static void bilinear_kernel(float du, float dv, const XYRemap *rmap,
 349                             uint16_t *u, uint16_t *v, int16_t *ker)
 350 {
 351     for (int i = 0; i < 2; i++) {
 352         for (int j = 0; j < 2; j++) {
 353             u[i * 2 + j] = rmap->u[i + 1][j + 1];
 354             v[i * 2 + j] = rmap->v[i + 1][j + 1];
 355         }
 356     }
 357
 358     ker[0] = lrintf((1.f - du) * (1.f - dv) * 16385.f);
 359     ker[1] = lrintf(       du  * (1.f - dv) * 16385.f);
 360     ker[2] = lrintf((1.f - du) *        dv  * 16385.f);
 361     ker[3] = lrintf(       du  *        dv  * 16385.f);
 362 }
 363
 364 /**
 365  * Calculate 1-dimensional cubic coefficients.
 366  *
 367  * @param t relative coordinate
 368  * @param coeffs coefficients
 369  */
 370 static inline void calculate_bicubic_coeffs(float t, float *coeffs)
 371 {
 372     const float tt  = t * t;
 373     const float ttt = t * t * t;
 374
 375     coeffs[0] =     - t / 3.f + tt / 2.f - ttt / 6.f;
 376     coeffs[1] = 1.f - t / 2.f - tt       + ttt / 2.f;
 377     coeffs[2] =       t       + tt / 2.f - ttt / 2.f;
 378     coeffs[3] =     - t / 6.f            + ttt / 6.f;
 379 }
 380
 381 /**
 382  * Calculate kernel for bicubic interpolation.
 383  *
 384  * @param du horizontal relative coordinate
 385  * @param dv vertical relative coordinate
 386  * @param rmap calculated 4x4 window
 387  * @param u u remap data
 388  * @param v v remap data
 389  * @param ker ker remap data
 390  */
 391 static void bicubic_kernel(float du, float dv, const XYRemap *rmap,
 392                            uint16_t *u, uint16_t *v, int16_t *ker)
 393 {
 394     float du_coeffs[4];
 395     float dv_coeffs[4];
 396
 397     calculate_bicubic_coeffs(du, du_coeffs);
 398     calculate_bicubic_coeffs(dv, dv_coeffs);
 399
 400     for (int i = 0; i < 4; i++) {
 401         for (int j = 0; j < 4; j++) {
 402             u[i * 4 + j] = rmap->u[i][j];
 403             v[i * 4 + j] = rmap->v[i][j];
 404             ker[i * 4 + j] = lrintf(du_coeffs[j] * dv_coeffs[i] * 16385.f);
 405         }
 406     }
 407 }
 408
 409 /**
 410  * Calculate 1-dimensional lanczos coefficients.
 411  *
 412  * @param t relative coordinate
 413  * @param coeffs coefficients
 414  */
 415 static inline void calculate_lanczos_coeffs(float t, float *coeffs)
 416 {
 417     float sum = 0.f;
 418
 419     for (int i = 0; i < 4; i++) {
 420         const float x = M_PI * (t - i + 1);
 421         if (x == 0.f) {
 422             coeffs[i] = 1.f;
 423         } else {
 424             coeffs[i] = sinf(x) * sinf(x / 2.f) / (x * x / 2.f);
 425         }
 426         sum += coeffs[i];
 427     }
 428
 429     for (int i = 0; i < 4; i++) {
 430         coeffs[i] /= sum;
 431     }
 432 }
 433
 434 /**
 435  * Calculate kernel for lanczos interpolation.
 436  *
 437  * @param du horizontal relative coordinate
 438  * @param dv vertical relative coordinate
 439  * @param rmap calculated 4x4 window
 440  * @param u u remap data
 441  * @param v v remap data
 442  * @param ker ker remap data
 443  */
 444 static void lanczos_kernel(float du, float dv, const XYRemap *rmap,
 445                            uint16_t *u, uint16_t *v, int16_t *ker)
 446 {
 447     float du_coeffs[4];
 448     float dv_coeffs[4];
 449
 450     calculate_lanczos_coeffs(du, du_coeffs);
 451     calculate_lanczos_coeffs(dv, dv_coeffs);
 452
 453     for (int i = 0; i < 4; i++) {
 454         for (int j = 0; j < 4; j++) {
 455             u[i * 4 + j] = rmap->u[i][j];
 456             v[i * 4 + j] = rmap->v[i][j];
 457             ker[i * 4 + j] = lrintf(du_coeffs[j] * dv_coeffs[i] * 16385.f);
 458         }
 459     }
 460 }
 461
 462 /**
 463  * Modulo operation with only positive remainders.
 464  *
 465  * @param a dividend
 466  * @param b divisor
 467  *
 468  * @return positive remainder of (a / b)
 469  */
 470 static inline int mod(int a, int b)
 471 {
 472     const int res = a % b;
 473     if (res < 0) {
 474         return res + b;
 475     } else {
 476         return res;
 477     }
 478 }
 479
 480 /**
 481  * Convert char to corresponding direction.
 482  * Used for cubemap options.
 483  */
 484 static int get_direction(char c)
 485 {
 486     switch (c) {
 487     case 'r':
 488         return RIGHT;
 489     case 'l':
 490         return LEFT;
 491     case 'u':
 492         return UP;
 493     case 'd':
 494         return DOWN;
 495     case 'f':
 496         return FRONT;
 497     case 'b':
 498         return BACK;
 499     default:
 500         return -1;
 501     }
 502 }
 503
 504 /**
 505  * Convert char to corresponding rotation angle.
 506  * Used for cubemap options.
 507  */
 508 static int get_rotation(char c)
 509 {
 510     switch (c) {
 511     case '0':
 512         return ROT_0;
 513     case '1':
 514         return ROT_90;
 515     case '2':
 516         return ROT_180;
 517     case '3':
 518         return ROT_270;
 519     default:
 520         return -1;
 521     }
 522 }
 523
 524 /**
 525  * Convert char to corresponding rotation order.
 526  */
 527 static int get_rorder(char c)
 528 {
 529     switch (c) {
 530     case 'Y':
 531     case 'y':
 532         return YAW;
 533     case 'P':
 534     case 'p':
 535         return PITCH;
 536     case 'R':
 537     case 'r':
 538         return ROLL;
 539     default:
 540         return -1;
 541     }
 542 }
 543
 544 /**
 545  * Prepare data for processing cubemap input format.
 546  *
 547  * @param ctx filter context
 548  *
 549  * @return error code
 550  */
 551 static int prepare_cube_in(AVFilterContext *ctx)
 552 {
 553     V360Context *s = ctx->priv;
 554
 555     for (int face = 0; face < NB_FACES; face++) {
 556         const char c = s->in_forder[face];
 557         int direction;
 558
 559         if (c == '\0') {
 560             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 561                    "Incomplete in_forder option. Direction for all 6 faces should be specified.\n");
 562             return AVERROR(EINVAL);
 563         }
 564
 565         direction = get_direction(c);
 566         if (direction == -1) {
 567             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 568                    "Incorrect direction symbol '%c' in in_forder option.\n", c);
 569             return AVERROR(EINVAL);
 570         }
 571
 572         s->in_cubemap_face_order[direction] = face;
 573     }
 574
 575     for (int face = 0; face < NB_FACES; face++) {
 576         const char c = s->in_frot[face];
 577         int rotation;
 578
 579         if (c == '\0') {
 580             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 581                    "Incomplete in_frot option. Rotation for all 6 faces should be specified.\n");
 582             return AVERROR(EINVAL);
 583         }
 584
 585         rotation = get_rotation(c);
 586         if (rotation == -1) {
 587             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 588                    "Incorrect rotation symbol '%c' in in_frot option.\n", c);
 589             return AVERROR(EINVAL);
 590         }
 591
 592         s->in_cubemap_face_rotation[face] = rotation;
 593     }
 594
 595     return 0;
 596 }
 597
 598 /**
 599  * Prepare data for processing cubemap output format.
 600  *
 601  * @param ctx filter context
 602  *
 603  * @return error code
 604  */
 605 static int prepare_cube_out(AVFilterContext *ctx)
 606 {
 607     V360Context *s = ctx->priv;
 608
 609     for (int face = 0; face < NB_FACES; face++) {
 610         const char c = s->out_forder[face];
 611         int direction;
 612
 613         if (c == '\0') {
 614             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 615                    "Incomplete out_forder option. Direction for all 6 faces should be specified.\n");
 616             return AVERROR(EINVAL);
 617         }
 618
 619         direction = get_direction(c);
 620         if (direction == -1) {
 621             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 622                    "Incorrect direction symbol '%c' in out_forder option.\n", c);
 623             return AVERROR(EINVAL);
 624         }
 625
 626         s->out_cubemap_direction_order[face] = direction;
 627     }
 628
 629     for (int face = 0; face < NB_FACES; face++) {
 630         const char c = s->out_frot[face];
 631         int rotation;
 632
 633         if (c == '\0') {
 634             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 635                    "Incomplete out_frot option. Rotation for all 6 faces should be specified.\n");
 636             return AVERROR(EINVAL);
 637         }
 638
 639         rotation = get_rotation(c);
 640         if (rotation == -1) {
 641             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 642                    "Incorrect rotation symbol '%c' in out_frot option.\n", c);
 643             return AVERROR(EINVAL);
 644         }
 645
 646         s->out_cubemap_face_rotation[face] = rotation;
 647     }
 648
 649     return 0;
 650 }
 651
 652 static inline void rotate_cube_face(float *uf, float *vf, int rotation)
 653 {
 654     float tmp;
 655
 656     switch (rotation) {
 657     case ROT_0:
 658         break;
 659     case ROT_90:
 660         tmp =  *uf;
 661         *uf = -*vf;
 662         *vf =  tmp;
 663         break;
 664     case ROT_180:
 665         *uf = -*uf;
 666         *vf = -*vf;
 667         break;
 668     case ROT_270:
 669         tmp = -*uf;
 670         *uf =  *vf;
 671         *vf =  tmp;
 672         break;
 673     default:
 674         av_assert0(0);
 675     }
 676 }
 677
 678 static inline void rotate_cube_face_inverse(float *uf, float *vf, int rotation)
 679 {
 680     float tmp;
 681
 682     switch (rotation) {
 683     case ROT_0:
 684         break;
 685     case ROT_90:
 686         tmp = -*uf;
 687         *uf =  *vf;
 688         *vf =  tmp;
 689         break;
 690     case ROT_180:
 691         *uf = -*uf;
 692         *vf = -*vf;
 693         break;
 694     case ROT_270:
 695         tmp =  *uf;
 696         *uf = -*vf;
 697         *vf =  tmp;
 698         break;
 699     default:
 700         av_assert0(0);
 701     }
 702 }
 703
 704 /**
 705  * Normalize vector.
 706  *
 707  * @param vec vector
 708  */
 709 static void normalize_vector(float *vec)
 710 {
 711     const float norm = sqrtf(vec[0] * vec[0] + vec[1] * vec[1] + vec[2] * vec[2]);
 712
 713     vec[0] /= norm;
 714     vec[1] /= norm;
 715     vec[2] /= norm;
 716 }
 717
 718 /**
 719  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding cubemap position.
 720  * Common operation for every cubemap.
 721  *
 722  * @param s filter private context
 723  * @param uf horizontal cubemap coordinate [0, 1)
 724  * @param vf vertical cubemap coordinate [0, 1)
 725  * @param face face of cubemap
 726  * @param vec coordinates on sphere
 727  */
 728 static void cube_to_xyz(const V360Context *s,
 729                         float uf, float vf, int face,
 730                         float *vec)
 731 {
 732     const int direction = s->out_cubemap_direction_order[face];
 733     float l_x, l_y, l_z;
 734
 735     uf /= (1.f - s->out_pad);
 736     vf /= (1.f - s->out_pad);
 737
 738     rotate_cube_face_inverse(&uf, &vf, s->out_cubemap_face_rotation[face]);
 739
 740     switch (direction) {
 741     case RIGHT:
 742         l_x =  1.f;
 743         l_y = -vf;
 744         l_z =  uf;
 745         break;
 746     case LEFT:
 747         l_x = -1.f;
 748         l_y = -vf;
 749         l_z = -uf;
 750         break;
 751     case UP:
 752         l_x =  uf;
 753         l_y =  1.f;
 754         l_z = -vf;
 755         break;
 756     case DOWN:
 757         l_x =  uf;
 758         l_y = -1.f;
 759         l_z =  vf;
 760         break;
 761     case FRONT:
 762         l_x =  uf;
 763         l_y = -vf;
 764         l_z = -1.f;
 765         break;
 766     case BACK:
 767         l_x = -uf;
 768         l_y = -vf;
 769         l_z =  1.f;
 770         break;
 771     default:
 772         av_assert0(0);
 773     }
 774
 775     vec[0] = l_x;
 776     vec[1] = l_y;
 777     vec[2] = l_z;
 778
 779     normalize_vector(vec);
 780 }
 781
 782 /**
 783  * Calculate cubemap position for corresponding 3D coordinates on sphere.
 784  * Common operation for every cubemap.
 785  *
 786  * @param s filter private context
 787  * @param vec coordinated on sphere
 788  * @param uf horizontal cubemap coordinate [0, 1)
 789  * @param vf vertical cubemap coordinate [0, 1)
 790  * @param direction direction of view
 791  */
 792 static void xyz_to_cube(const V360Context *s,
 793                         const float *vec,
 794                         float *uf, float *vf, int *direction)
 795 {
 796     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]);
 797     const float theta = asinf(-vec[1]);
 798     float phi_norm, theta_threshold;
 799     int face;
 800
 801     if (phi >= -M_PI_4 && phi < M_PI_4) {
 802         *direction = FRONT;
 803         phi_norm = phi;
 804     } else if (phi >= -(M_PI_2 + M_PI_4) && phi < -M_PI_4) {
 805         *direction = LEFT;
 806         phi_norm = phi + M_PI_2;
 807     } else if (phi >= M_PI_4 && phi < M_PI_2 + M_PI_4) {
 808         *direction = RIGHT;
 809         phi_norm = phi - M_PI_2;
 810     } else {
 811         *direction = BACK;
 812         phi_norm = phi + ((phi > 0.f) ? -M_PI : M_PI);
 813     }
 814
 815     theta_threshold = atanf(cosf(phi_norm));
 816     if (theta > theta_threshold) {
 817         *direction = DOWN;
 818     } else if (theta < -theta_threshold) {
 819         *direction = UP;
 820     }
 821
 822     switch (*direction) {
 823     case RIGHT:
 824         *uf =  vec[2] / vec[0];
 825         *vf = -vec[1] / vec[0];
 826         break;
 827     case LEFT:
 828         *uf =  vec[2] / vec[0];
 829         *vf =  vec[1] / vec[0];
 830         break;
 831     case UP:
 832         *uf =  vec[0] / vec[1];
 833         *vf = -vec[2] / vec[1];
 834         break;
 835     case DOWN:
 836         *uf = -vec[0] / vec[1];
 837         *vf = -vec[2] / vec[1];
 838         break;
 839     case FRONT:
 840         *uf = -vec[0] / vec[2];
 841         *vf =  vec[1] / vec[2];
 842         break;
 843     case BACK:
 844         *uf = -vec[0] / vec[2];
 845         *vf = -vec[1] / vec[2];
 846         break;
 847     default:
 848         av_assert0(0);
 849     }
 850
 851     face = s->in_cubemap_face_order[*direction];
 852     rotate_cube_face(uf, vf, s->in_cubemap_face_rotation[face]);
 853
 854     (*uf) *= s->input_mirror_modifier[0];
 855     (*vf) *= s->input_mirror_modifier[1];
 856 }
 857
 858 /**
 859  * Find position on another cube face in case of overflow/underflow.
 860  * Used for calculation of interpolation window.
 861  *
 862  * @param s filter private context
 863  * @param uf horizontal cubemap coordinate
 864  * @param vf vertical cubemap coordinate
 865  * @param direction direction of view
 866  * @param new_uf new horizontal cubemap coordinate
 867  * @param new_vf new vertical cubemap coordinate
 868  * @param face face position on cubemap
 869  */
 870 static void process_cube_coordinates(const V360Context *s,
 871                                      float uf, float vf, int direction,
 872                                      float *new_uf, float *new_vf, int *face)
 873 {
 874     /*
 875      *  Cubemap orientation
 876      *
 877      *           width
 878      *         <------->
 879      *         +-------+
 880      *         |       |                              U
 881      *         | up    |                   h       ------->
 882      * +-------+-------+-------+-------+ ^ e      |
 883      * |       |       |       |       | | i    V |
 884      * | left  | front | right | back  | | g      |
 885      * +-------+-------+-------+-------+ v h      v
 886      *         |       |                   t
 887      *         | down  |
 888      *         +-------+
 889      */
 890
 891     *face = s->in_cubemap_face_order[direction];
 892     rotate_cube_face_inverse(&uf, &vf, s->in_cubemap_face_rotation[*face]);
 893
 894     if ((uf < -1.f || uf >= 1.f) && (vf < -1.f || vf >= 1.f)) {
 895         // There are no pixels to use in this case
 896         *new_uf = uf;
 897         *new_vf = vf;
 898     } else if (uf < -1.f) {
 899         uf += 2.f;
 900         switch (direction) {
 901         case RIGHT:
 902             direction = FRONT;
 903             *new_uf =  uf;
 904             *new_vf =  vf;
 905             break;
 906         case LEFT:
 907             direction = BACK;
 908             *new_uf =  uf;
 909             *new_vf =  vf;
 910             break;
 911         case UP:
 912             direction = LEFT;
 913             *new_uf =  vf;
 914             *new_vf = -uf;
 915             break;
 916         case DOWN:
 917             direction = LEFT;
 918             *new_uf = -vf;
 919             *new_vf =  uf;
 920             break;
 921         case FRONT:
 922             direction = LEFT;
 923             *new_uf =  uf;
 924             *new_vf =  vf;
 925             break;
 926         case BACK:
 927             direction = RIGHT;
 928             *new_uf =  uf;
 929             *new_vf =  vf;
 930             break;
 931         default:
 932             av_assert0(0);
 933         }
 934     } else if (uf >= 1.f) {
 935         uf -= 2.f;
 936         switch (direction) {
 937         case RIGHT:
 938             direction = BACK;
 939             *new_uf =  uf;
 940             *new_vf =  vf;
 941             break;
 942         case LEFT:
 943             direction = FRONT;
 944             *new_uf =  uf;
 945             *new_vf =  vf;
 946             break;
 947         case UP:
 948             direction = RIGHT;
 949             *new_uf = -vf;
 950             *new_vf =  uf;
 951             break;
 952         case DOWN:
 953             direction = RIGHT;
 954             *new_uf =  vf;
 955             *new_vf = -uf;
 956             break;
 957         case FRONT:
 958             direction = RIGHT;
 959             *new_uf =  uf;
 960             *new_vf =  vf;
 961             break;
 962         case BACK:
 963             direction = LEFT;
 964             *new_uf =  uf;
 965             *new_vf =  vf;
 966             break;
 967         default:
 968             av_assert0(0);
 969         }
 970     } else if (vf < -1.f) {
 971         vf += 2.f;
 972         switch (direction) {
 973         case RIGHT:
 974             direction = UP;
 975             *new_uf =  vf;
 976             *new_vf = -uf;
 977             break;
 978         case LEFT:
 979             direction = UP;
 980             *new_uf = -vf;
 981             *new_vf =  uf;
 982             break;
 983         case UP:
 984             direction = BACK;
 985             *new_uf = -uf;
 986             *new_vf = -vf;
 987             break;
 988         case DOWN:
 989             direction = FRONT;
 990             *new_uf =  uf;
 991             *new_vf =  vf;
 992             break;
 993         case FRONT:
 994             direction = UP;
 995             *new_uf =  uf;
 996             *new_vf =  vf;
 997             break;
 998         case BACK:
 999             direction = UP;
1000             *new_uf = -uf;
1001             *new_vf = -vf;
1002             break;
1003         default:
1004             av_assert0(0);
1005         }
1006     } else if (vf >= 1.f) {
1007         vf -= 2.f;
1008         switch (direction) {
1009         case RIGHT:
1010             direction = DOWN;
1011             *new_uf = -vf;
1012             *new_vf =  uf;
1013             break;
1014         case LEFT:
1015             direction = DOWN;
1016             *new_uf =  vf;
1017             *new_vf = -uf;
1018             break;
1019         case UP:
1020             direction = FRONT;
1021             *new_uf =  uf;
1022             *new_vf =  vf;
1023             break;
1024         case DOWN:
1025             direction = BACK;
1026             *new_uf = -uf;
1027             *new_vf = -vf;
1028             break;
1029         case FRONT:
1030             direction = DOWN;
1031             *new_uf =  uf;
1032             *new_vf =  vf;
1033             break;
1034         case BACK:
1035             direction = DOWN;
1036             *new_uf = -uf;
1037             *new_vf = -vf;
1038             break;
1039         default:
1040             av_assert0(0);
1041         }
1042     } else {
1043         // Inside cube face
1044         *new_uf = uf;
1045         *new_vf = vf;
1046     }
1047
1048     *face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1049     rotate_cube_face(new_uf, new_vf, s->in_cubemap_face_rotation[*face]);
1050 }
1051
1052 /**
1053  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in cubemap3x2 format.
1054  *
1055  * @param s filter private context
1056  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1057  * @param j vertical position on frame [0, height)
1058  * @param width frame width
1059  * @param height frame height
1060  * @param vec coordinates on sphere
1061  */
1062 static void cube3x2_to_xyz(const V360Context *s,
1063                            int i, int j, int width, int height,
1064                            float *vec)
1065 {
1066     const float ew = width  / 3.f;
1067     const float eh = height / 2.f;
1068
1069     const int u_face = floorf(i / ew);
1070     const int v_face = floorf(j / eh);
1071     const int face = u_face + 3 * v_face;
1072
1073     const int u_shift = ceilf(ew * u_face);
1074     const int v_shift = ceilf(eh * v_face);
1075     const int ewi = ceilf(ew * (u_face + 1)) - u_shift;
1076     const int ehi = ceilf(eh * (v_face + 1)) - v_shift;
1077
1078     const float uf = 2.f * (i - u_shift + 0.5f) / ewi - 1.f;
1079     const float vf = 2.f * (j - v_shift + 0.5f) / ehi - 1.f;
1080
1081     cube_to_xyz(s, uf, vf, face, vec);
1082 }
1083
1084 /**
1085  * Calculate frame position in cubemap3x2 format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1086  *
1087  * @param s filter private context
1088  * @param vec coordinates on sphere
1089  * @param width frame width
1090  * @param height frame height
1091  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1092  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1093  * @param du horizontal relative coordinate
1094  * @param dv vertical relative coordinate
1095  */
1096 static void xyz_to_cube3x2(const V360Context *s,
1097                            const float *vec, int width, int height,
1098                            uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1099 {
1100     const float ew = width  / 3.f;
1101     const float eh = height / 2.f;
1102     float uf, vf;
1103     int ui, vi;
1104     int ewi, ehi;
1105     int direction, face;
1106     int u_face, v_face;
1107
1108     xyz_to_cube(s, vec, &uf, &vf, &direction);
1109
1110     uf *= (1.f - s->in_pad);
1111     vf *= (1.f - s->in_pad);
1112
1113     face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1114     u_face = face % 3;
1115     v_face = face / 3;
1116     ewi = ceilf(ew * (u_face + 1)) - ceilf(ew * u_face);
1117     ehi = ceilf(eh * (v_face + 1)) - ceilf(eh * v_face);
1118
1119     uf = 0.5f * ewi * (uf + 1.f) - 0.5f;
1120     vf = 0.5f * ehi * (vf + 1.f) - 0.5f;
1121
1122     ui = floorf(uf);
1123     vi = floorf(vf);
1124
1125     *du = uf - ui;
1126     *dv = vf - vi;
1127
1128     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1129         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1130             int new_ui = ui + j;
1131             int new_vi = vi + i;
1132             int u_shift, v_shift;
1133             int new_ewi, new_ehi;
1134
1135             if (new_ui >= 0 && new_ui < ewi && new_vi >= 0 && new_vi < ehi) {
1136                 face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1137
1138                 u_face = face % 3;
1139                 v_face = face / 3;
1140                 u_shift = ceilf(ew * u_face);
1141                 v_shift = ceilf(eh * v_face);
1142             } else {
1143                 uf = 2.f * new_ui / ewi - 1.f;
1144                 vf = 2.f * new_vi / ehi - 1.f;
1145
1146                 uf /= (1.f - s->in_pad);
1147                 vf /= (1.f - s->in_pad);
1148
1149                 process_cube_coordinates(s, uf, vf, direction, &uf, &vf, &face);
1150
1151                 uf *= (1.f - s->in_pad);
1152                 vf *= (1.f - s->in_pad);
1153
1154                 u_face = face % 3;
1155                 v_face = face / 3;
1156                 u_shift = ceilf(ew * u_face);
1157                 v_shift = ceilf(eh * v_face);
1158                 new_ewi = ceilf(ew * (u_face + 1)) - u_shift;
1159                 new_ehi = ceilf(eh * (v_face + 1)) - v_shift;
1160
1161                 new_ui = av_clip(roundf(0.5f * new_ewi * (uf + 1.f)), 0, new_ewi - 1);
1162                 new_vi = av_clip(roundf(0.5f * new_ehi * (vf + 1.f)), 0, new_ehi - 1);
1163             }
1164
1165             us[i + 1][j + 1] = u_shift + new_ui;
1166             vs[i + 1][j + 1] = v_shift + new_vi;
1167         }
1168     }
1169 }
1170
1171 /**
1172  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in cubemap1x6 format.
1173  *
1174  * @param s filter private context
1175  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1176  * @param j vertical position on frame [0, height)
1177  * @param width frame width
1178  * @param height frame height
1179  * @param vec coordinates on sphere
1180  */
1181 static void cube1x6_to_xyz(const V360Context *s,
1182                            int i, int j, int width, int height,
1183                            float *vec)
1184 {
1185     const float ew = width;
1186     const float eh = height / 6.f;
1187
1188     const int face = floorf(j / eh);
1189
1190     const int v_shift = ceilf(eh * face);
1191     const int ehi = ceilf(eh * (face + 1)) - v_shift;
1192
1193     const float uf = 2.f * (i           + 0.5f) / ew  - 1.f;
1194     const float vf = 2.f * (j - v_shift + 0.5f) / ehi - 1.f;
1195
1196     cube_to_xyz(s, uf, vf, face, vec);
1197 }
1198
1199 /**
1200  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in cubemap6x1 format.
1201  *
1202  * @param s filter private context
1203  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1204  * @param j vertical position on frame [0, height)
1205  * @param width frame width
1206  * @param height frame height
1207  * @param vec coordinates on sphere
1208  */
1209 static void cube6x1_to_xyz(const V360Context *s,
1210                            int i, int j, int width, int height,
1211                            float *vec)
1212 {
1213     const float ew = width / 6.f;
1214     const float eh = height;
1215
1216     const int face = floorf(i / ew);
1217
1218     const int u_shift = ceilf(ew * face);
1219     const int ewi = ceilf(ew * (face + 1)) - u_shift;
1220
1221     const float uf = 2.f * (i - u_shift + 0.5f) / ewi - 1.f;
1222     const float vf = 2.f * (j           + 0.5f) / eh  - 1.f;
1223
1224     cube_to_xyz(s, uf, vf, face, vec);
1225 }
1226
1227 /**
1228  * Calculate frame position in cubemap1x6 format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1229  *
1230  * @param s filter private context
1231  * @param vec coordinates on sphere
1232  * @param width frame width
1233  * @param height frame height
1234  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1235  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1236  * @param du horizontal relative coordinate
1237  * @param dv vertical relative coordinate
1238  */
1239 static void xyz_to_cube1x6(const V360Context *s,
1240                            const float *vec, int width, int height,
1241                            uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1242 {
1243     const float eh = height / 6.f;
1244     const int ewi = width;
1245     float uf, vf;
1246     int ui, vi;
1247     int ehi;
1248     int direction, face;
1249
1250     xyz_to_cube(s, vec, &uf, &vf, &direction);
1251
1252     uf *= (1.f - s->in_pad);
1253     vf *= (1.f - s->in_pad);
1254
1255     face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1256     ehi = ceilf(eh * (face + 1)) - ceilf(eh * face);
1257
1258     uf = 0.5f * ewi * (uf + 1.f) - 0.5f;
1259     vf = 0.5f * ehi * (vf + 1.f) - 0.5f;
1260
1261     ui = floorf(uf);
1262     vi = floorf(vf);
1263
1264     *du = uf - ui;
1265     *dv = vf - vi;
1266
1267     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1268         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1269             int new_ui = ui + j;
1270             int new_vi = vi + i;
1271             int v_shift;
1272             int new_ehi;
1273
1274             if (new_ui >= 0 && new_ui < ewi && new_vi >= 0 && new_vi < ehi) {
1275                 face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1276
1277                 v_shift = ceilf(eh * face);
1278             } else {
1279                 uf = 2.f * new_ui / ewi - 1.f;
1280                 vf = 2.f * new_vi / ehi - 1.f;
1281
1282                 uf /= (1.f - s->in_pad);
1283                 vf /= (1.f - s->in_pad);
1284
1285                 process_cube_coordinates(s, uf, vf, direction, &uf, &vf, &face);
1286
1287                 uf *= (1.f - s->in_pad);
1288                 vf *= (1.f - s->in_pad);
1289
1290                 v_shift = ceilf(eh * face);
1291                 new_ehi = ceilf(eh * (face + 1)) - v_shift;
1292
1293                 new_ui = av_clip(roundf(0.5f *     ewi * (uf + 1.f)), 0,     ewi - 1);
1294                 new_vi = av_clip(roundf(0.5f * new_ehi * (vf + 1.f)), 0, new_ehi - 1);
1295             }
1296
1297             us[i + 1][j + 1] =           new_ui;
1298             vs[i + 1][j + 1] = v_shift + new_vi;
1299         }
1300     }
1301 }
1302
1303 /**
1304  * Calculate frame position in cubemap6x1 format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1305  *
1306  * @param s filter private context
1307  * @param vec coordinates on sphere
1308  * @param width frame width
1309  * @param height frame height
1310  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1311  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1312  * @param du horizontal relative coordinate
1313  * @param dv vertical relative coordinate
1314  */
1315 static void xyz_to_cube6x1(const V360Context *s,
1316                            const float *vec, int width, int height,
1317                            uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1318 {
1319     const float ew = width / 6.f;
1320     const int ehi = height;
1321     float uf, vf;
1322     int ui, vi;
1323     int ewi;
1324     int direction, face;
1325
1326     xyz_to_cube(s, vec, &uf, &vf, &direction);
1327
1328     uf *= (1.f - s->in_pad);
1329     vf *= (1.f - s->in_pad);
1330
1331     face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1332     ewi = ceilf(ew * (face + 1)) - ceilf(ew * face);
1333
1334     uf = 0.5f * ewi * (uf + 1.f) - 0.5f;
1335     vf = 0.5f * ehi * (vf + 1.f) - 0.5f;
1336
1337     ui = floorf(uf);
1338     vi = floorf(vf);
1339
1340     *du = uf - ui;
1341     *dv = vf - vi;
1342
1343     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1344         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1345             int new_ui = ui + j;
1346             int new_vi = vi + i;
1347             int u_shift;
1348             int new_ewi;
1349
1350             if (new_ui >= 0 && new_ui < ewi && new_vi >= 0 && new_vi < ehi) {
1351                 face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1352
1353                 u_shift = ceilf(ew * face);
1354             } else {
1355                 uf = 2.f * new_ui / ewi - 1.f;
1356                 vf = 2.f * new_vi / ehi - 1.f;
1357
1358                 uf /= (1.f - s->in_pad);
1359                 vf /= (1.f - s->in_pad);
1360
1361                 process_cube_coordinates(s, uf, vf, direction, &uf, &vf, &face);
1362
1363                 uf *= (1.f - s->in_pad);
1364                 vf *= (1.f - s->in_pad);
1365
1366                 u_shift = ceilf(ew * face);
1367                 new_ewi = ceilf(ew * (face + 1)) - u_shift;
1368
1369                 new_ui = av_clip(roundf(0.5f * new_ewi * (uf + 1.f)), 0, new_ewi - 1);
1370                 new_vi = av_clip(roundf(0.5f *     ehi * (vf + 1.f)), 0,     ehi - 1);
1371             }
1372
1373             us[i + 1][j + 1] = u_shift + new_ui;
1374             vs[i + 1][j + 1] =           new_vi;
1375         }
1376     }
1377 }
1378
1379 /**
1380  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in equirectangular format.
1381  *
1382  * @param s filter private context
1383  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1384  * @param j vertical position on frame [0, height)
1385  * @param width frame width
1386  * @param height frame height
1387  * @param vec coordinates on sphere
1388  */
1389 static void equirect_to_xyz(const V360Context *s,
1390                             int i, int j, int width, int height,
1391                             float *vec)
1392 {
1393     const float phi   = ((2.f * i) / width  - 1.f) * M_PI;
1394     const float theta = ((2.f * j) / height - 1.f) * M_PI_2;
1395
1396     const float sin_phi   = sinf(phi);
1397     const float cos_phi   = cosf(phi);
1398     const float sin_theta = sinf(theta);
1399     const float cos_theta = cosf(theta);
1400
1401     vec[0] =  cos_theta * sin_phi;
1402     vec[1] = -sin_theta;
1403     vec[2] = -cos_theta * cos_phi;
1404 }
1405
1406 /**
1407  * Prepare data for processing stereographic output format.
1408  *
1409  * @param ctx filter context
1410  *
1411  * @return error code
1412  */
1413 static int prepare_stereographic_out(AVFilterContext *ctx)
1414 {
1415     V360Context *s = ctx->priv;
1416
1417     s->flat_range[0] = tanf(FFMIN(s->h_fov, 359.f) * M_PI / 720.f);
1418     s->flat_range[1] = tanf(FFMIN(s->v_fov, 359.f) * M_PI / 720.f);
1419
1420     return 0;
1421 }
1422
1423 /**
1424  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in stereographic format.
1425  *
1426  * @param s filter private context
1427  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1428  * @param j vertical position on frame [0, height)
1429  * @param width frame width
1430  * @param height frame height
1431  * @param vec coordinates on sphere
1432  */
1433 static void stereographic_to_xyz(const V360Context *s,
1434                                  int i, int j, int width, int height,
1435                                  float *vec)
1436 {
1437     const float x = ((2.f * i) / width  - 1.f) * s->flat_range[0];
1438     const float y = ((2.f * j) / height - 1.f) * s->flat_range[1];
1439     const float xy = x * x + y * y;
1440
1441     vec[0] = 2.f * x / (1.f + xy);
1442     vec[1] = (-1.f + xy) / (1.f + xy);
1443     vec[2] = 2.f * y / (1.f + xy);
1444
1445     normalize_vector(vec);
1446 }
1447
1448 /**
1449  * Calculate frame position in stereographic format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1450  *
1451  * @param s filter private context
1452  * @param vec coordinates on sphere
1453  * @param width frame width
1454  * @param height frame height
1455  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1456  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1457  * @param du horizontal relative coordinate
1458  * @param dv vertical relative coordinate
1459  */
1460 static void xyz_to_stereographic(const V360Context *s,
1461                                  const float *vec, int width, int height,
1462                                  uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1463 {
1464     const float x = av_clipf(vec[0] / (1.f - vec[1]), -1.f, 1.f) * s->input_mirror_modifier[0];
1465     const float y = av_clipf(vec[2] / (1.f - vec[1]), -1.f, 1.f) * s->input_mirror_modifier[1];
1466     float uf, vf;
1467     int ui, vi;
1468
1469     uf = (x + 1.f) * width  / 2.f;
1470     vf = (y + 1.f) * height / 2.f;
1471     ui = floorf(uf);
1472     vi = floorf(vf);
1473
1474     *du = uf - ui;
1475     *dv = vf - vi;
1476
1477     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1478         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1479             us[i + 1][j + 1] = av_clip(ui + j, 0, width - 1);
1480             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1481         }
1482     }
1483 }
1484
1485 /**
1486  * Calculate frame position in equirectangular format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1487  *
1488  * @param s filter private context
1489  * @param vec coordinates on sphere
1490  * @param width frame width
1491  * @param height frame height
1492  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1493  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1494  * @param du horizontal relative coordinate
1495  * @param dv vertical relative coordinate
1496  */
1497 static void xyz_to_equirect(const V360Context *s,
1498                             const float *vec, int width, int height,
1499                             uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1500 {
1501     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
1502     const float theta = asinf(-vec[1]) * s->input_mirror_modifier[1];
1503     float uf, vf;
1504     int ui, vi;
1505
1506     uf = (phi   / M_PI   + 1.f) * width  / 2.f;
1507     vf = (theta / M_PI_2 + 1.f) * height / 2.f;
1508     ui = floorf(uf);
1509     vi = floorf(vf);
1510
1511     *du = uf - ui;
1512     *dv = vf - vi;
1513
1514     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1515         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1516             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1517             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1518         }
1519     }
1520 }
1521
1522 /**
1523  * Calculate frame position in mercator format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1524  *
1525  * @param s filter private context
1526  * @param vec coordinates on sphere
1527  * @param width frame width
1528  * @param height frame height
1529  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1530  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1531  * @param du horizontal relative coordinate
1532  * @param dv vertical relative coordinate
1533  */
1534 static void xyz_to_mercator(const V360Context *s,
1535                             const float *vec, int width, int height,
1536                             uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1537 {
1538     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
1539     const float theta = 0.5f * asinhf(vec[1] / sqrtf(1.f - vec[1] * vec[1])) * s->input_mirror_modifier[1];
1540     float uf, vf;
1541     int ui, vi;
1542
1543     uf = (phi   / M_PI + 1.f) * width  / 2.f;
1544     vf = (theta / M_PI + 1.f) * height / 2.f;
1545     ui = floorf(uf);
1546     vi = floorf(vf);
1547
1548     *du = uf - ui;
1549     *dv = vf - vi;
1550
1551     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1552         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1553             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1554             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1555         }
1556     }
1557 }
1558
1559 /**
1560  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in mercator format.
1561  *
1562  * @param s filter private context
1563  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1564  * @param j vertical position on frame [0, height)
1565  * @param width frame width
1566  * @param height frame height
1567  * @param vec coordinates on sphere
1568  */
1569 static void mercator_to_xyz(const V360Context *s,
1570                             int i, int j, int width, int height,
1571                             float *vec)
1572 {
1573     const float phi   = ((2.f * i) / width  - 1.f) * M_PI;
1574     const float theta = atanf(sinhf(((2.f * j) / height - 1.f) * 2.f * M_PI));
1575
1576     const float sin_phi   = sinf(phi);
1577     const float cos_phi   = cosf(phi);
1578     const float sin_theta = sinf(theta);
1579     const float cos_theta = cosf(theta);
1580
1581     vec[0] =  cos_theta * sin_phi;
1582     vec[1] = -sin_theta;
1583     vec[2] = -cos_theta * cos_phi;
1584 }
1585
1586 /**
1587  * Calculate frame position in ball format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1588  *
1589  * @param s filter private context
1590  * @param vec coordinates on sphere
1591  * @param width frame width
1592  * @param height frame height
1593  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1594  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1595  * @param du horizontal relative coordinate
1596  * @param dv vertical relative coordinate
1597  */
1598 static void xyz_to_ball(const V360Context *s,
1599                         const float *vec, int width, int height,
1600                         uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1601 {
1602     const float l = hypotf(vec[0], vec[1]);
1603     const float r = sqrtf(1.f + vec[2]) / M_SQRT2;
1604     float uf, vf;
1605     int ui, vi;
1606
1607     uf = (1.f + r * vec[0] * s->input_mirror_modifier[0] / (l > 0.f ? l : 1.f)) * width  * 0.5f;
1608     vf = (1.f - r * vec[1] * s->input_mirror_modifier[1] / (l > 0.f ? l : 1.f)) * height * 0.5f;
1609
1610     ui = floorf(uf);
1611     vi = floorf(vf);
1612
1613     *du = uf - ui;
1614     *dv = vf - vi;
1615
1616     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1617         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1618             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1619             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1620         }
1621     }
1622 }
1623
1624 /**
1625  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in ball format.
1626  *
1627  * @param s filter private context
1628  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1629  * @param j vertical position on frame [0, height)
1630  * @param width frame width
1631  * @param height frame height
1632  * @param vec coordinates on sphere
1633  */
1634 static void ball_to_xyz(const V360Context *s,
1635                         int i, int j, int width, int height,
1636                         float *vec)
1637 {
1638     const float x = (2.f * i) / width  - 1.f;
1639     const float y = (2.f * j) / height - 1.f;
1640     const float l = hypotf(x, y);
1641
1642     if (l <= 1.f) {
1643         const float z = 2.f * l * sqrtf(1.f - l * l);
1644
1645         vec[0] =  z * x / (l > 0.f ? l : 1.f);
1646         vec[1] = -z * y / (l > 0.f ? l : 1.f);
1647         vec[2] = -1.f + 2.f * l * l;
1648     } else {
1649         vec[0] =  0.f;
1650         vec[1] = -1.f;
1651         vec[2] =  0.f;
1652     }
1653 }
1654
1655 /**
1656  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in hammer format.
1657  *
1658  * @param s filter private context
1659  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1660  * @param j vertical position on frame [0, height)
1661  * @param width frame width
1662  * @param height frame height
1663  * @param vec coordinates on sphere
1664  */
1665 static void hammer_to_xyz(const V360Context *s,
1666                           int i, int j, int width, int height,
1667                           float *vec)
1668 {
1669     const float x = ((2.f * i) / width  - 1.f);
1670     const float y = ((2.f * j) / height - 1.f);
1671
1672     const float xx = x * x;
1673     const float yy = y * y;
1674
1675     const float z = sqrtf(1.f - xx * 0.5f - yy * 0.5f);
1676
1677     const float a = M_SQRT2 * x * z;
1678     const float b = 2.f * z * z - 1.f;
1679
1680     const float aa = a * a;
1681     const float bb = b * b;
1682
1683     const float w = sqrtf(1.f - 2.f * yy * z * z);
1684
1685     vec[0] =  w * 2.f * a * b / (aa + bb);
1686     vec[1] = -M_SQRT2 * y * z;
1687     vec[2] = -w * (bb  - aa) / (aa + bb);
1688
1689     normalize_vector(vec);
1690 }
1691
1692 /**
1693  * Calculate frame position in hammer format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1694  *
1695  * @param s filter private context
1696  * @param vec coordinates on sphere
1697  * @param width frame width
1698  * @param height frame height
1699  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1700  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1701  * @param du horizontal relative coordinate
1702  * @param dv vertical relative coordinate
1703  */
1704 static void xyz_to_hammer(const V360Context *s,
1705                           const float *vec, int width, int height,
1706                           uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1707 {
1708     const float theta = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
1709
1710     const float z = sqrtf(1.f + sqrtf(1.f - vec[1] * vec[1]) * cosf(theta * 0.5f));
1711     const float x = sqrtf(1.f - vec[1] * vec[1]) * sinf(theta * 0.5f) / z;
1712     const float y = -vec[1] / z * s->input_mirror_modifier[1];
1713     float uf, vf;
1714     int ui, vi;
1715
1716     uf = (x + 1.f) * width  / 2.f;
1717     vf = (y + 1.f) * height / 2.f;
1718     ui = floorf(uf);
1719     vi = floorf(vf);
1720
1721     *du = uf - ui;
1722     *dv = vf - vi;
1723
1724     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1725         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1726             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1727             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1728         }
1729     }
1730 }
1731
1732 /**
1733  * Prepare data for processing equi-angular cubemap input format.
1734  *
1735  * @param ctx filter context
1736  *
1737  * @return error code
1738  */
1739 static int prepare_eac_in(AVFilterContext *ctx)
1740 {
1741     V360Context *s = ctx->priv;
1742
1743     if (s->ih_flip && s->iv_flip) {
1744         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = BOTTOM_LEFT;
1745         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = BOTTOM_RIGHT;
1746         s->in_cubemap_face_order[UP]    = TOP_LEFT;
1747         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = TOP_RIGHT;
1748         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = BOTTOM_MIDDLE;
1749         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = TOP_MIDDLE;
1750     } else if (s->ih_flip) {
1751         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = TOP_LEFT;
1752         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = TOP_RIGHT;
1753         s->in_cubemap_face_order[UP]    = BOTTOM_LEFT;
1754         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = BOTTOM_RIGHT;
1755         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = TOP_MIDDLE;
1756         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = BOTTOM_MIDDLE;
1757     } else if (s->iv_flip) {
1758         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = BOTTOM_RIGHT;
1759         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = BOTTOM_LEFT;
1760         s->in_cubemap_face_order[UP]    = TOP_RIGHT;
1761         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = TOP_LEFT;
1762         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = BOTTOM_MIDDLE;
1763         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = TOP_MIDDLE;
1764     } else {
1765         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = TOP_RIGHT;
1766         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = TOP_LEFT;
1767         s->in_cubemap_face_order[UP]    = BOTTOM_RIGHT;
1768         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = BOTTOM_LEFT;
1769         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = TOP_MIDDLE;
1770         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = BOTTOM_MIDDLE;
1771     }
1772
1773     if (s->iv_flip) {
1774         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_LEFT]      = ROT_270;
1775         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_MIDDLE]    = ROT_90;
1776         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_RIGHT]     = ROT_270;
1777         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_LEFT]   = ROT_0;
1778         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_MIDDLE] = ROT_0;
1779         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_RIGHT]  = ROT_0;
1780     } else {
1781         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_LEFT]      = ROT_0;
1782         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_MIDDLE]    = ROT_0;
1783         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_RIGHT]     = ROT_0;
1784         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_LEFT]   = ROT_270;
1785         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_MIDDLE] = ROT_90;
1786         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_RIGHT]  = ROT_270;
1787     }
1788
1789     return 0;
1790 }
1791
1792 /**
1793  * Prepare data for processing equi-angular cubemap output format.
1794  *
1795  * @param ctx filter context
1796  *
1797  * @return error code
1798  */
1799 static int prepare_eac_out(AVFilterContext *ctx)
1800 {
1801     V360Context *s = ctx->priv;
1802
1803     s->out_cubemap_direction_order[TOP_LEFT]      = LEFT;
1804     s->out_cubemap_direction_order[TOP_MIDDLE]    = FRONT;
1805     s->out_cubemap_direction_order[TOP_RIGHT]     = RIGHT;
1806     s->out_cubemap_direction_order[BOTTOM_LEFT]   = DOWN;
1807     s->out_cubemap_direction_order[BOTTOM_MIDDLE] = BACK;
1808     s->out_cubemap_direction_order[BOTTOM_RIGHT]  = UP;
1809
1810     s->out_cubemap_face_rotation[TOP_LEFT]      = ROT_0;
1811     s->out_cubemap_face_rotation[TOP_MIDDLE]    = ROT_0;
1812     s->out_cubemap_face_rotation[TOP_RIGHT]     = ROT_0;
1813     s->out_cubemap_face_rotation[BOTTOM_LEFT]   = ROT_270;
1814     s->out_cubemap_face_rotation[BOTTOM_MIDDLE] = ROT_90;
1815     s->out_cubemap_face_rotation[BOTTOM_RIGHT]  = ROT_270;
1816
1817     return 0;
1818 }
1819
1820 /**
1821  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in equi-angular cubemap format.
1822  *
1823  * @param s filter private context
1824  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1825  * @param j vertical position on frame [0, height)
1826  * @param width frame width
1827  * @param height frame height
1828  * @param vec coordinates on sphere
1829  */
1830 static void eac_to_xyz(const V360Context *s,
1831                        int i, int j, int width, int height,
1832                        float *vec)
1833 {
1834     const float pixel_pad = 2;
1835     const float u_pad = pixel_pad / width;
1836     const float v_pad = pixel_pad / height;
1837
1838     int u_face, v_face, face;
1839
1840     float l_x, l_y, l_z;
1841
1842     float uf = (i + 0.5f) / width;
1843     float vf = (j + 0.5f) / height;
1844
1845     // EAC has 2-pixel padding on faces except between faces on the same row
1846     // Padding pixels seems not to be stretched with tangent as regular pixels
1847     // Formulas below approximate original padding as close as I could get experimentally
1848
1849     // Horizontal padding
1850     uf = 3.f * (uf - u_pad) / (1.f - 2.f * u_pad);
1851     if (uf < 0.f) {
1852         u_face = 0;
1853         uf -= 0.5f;
1854     } else if (uf >= 3.f) {
1855         u_face = 2;
1856         uf -= 2.5f;
1857     } else {
1858         u_face = floorf(uf);
1859         uf = fmodf(uf, 1.f) - 0.5f;
1860     }
1861
1862     // Vertical padding
1863     v_face = floorf(vf * 2.f);
1864     vf = (vf - v_pad - 0.5f * v_face) / (0.5f - 2.f * v_pad) - 0.5f;
1865
1866     if (uf >= -0.5f && uf < 0.5f) {
1867         uf = tanf(M_PI_2 * uf);
1868     } else {
1869         uf = 2.f * uf;
1870     }
1871     if (vf >= -0.5f && vf < 0.5f) {
1872         vf = tanf(M_PI_2 * vf);
1873     } else {
1874         vf = 2.f * vf;
1875     }
1876
1877     face = u_face + 3 * v_face;
1878
1879     switch (face) {
1880     case TOP_LEFT:
1881         l_x = -1.f;
1882         l_y = -vf;
1883         l_z = -uf;
1884         break;
1885     case TOP_MIDDLE:
1886         l_x =  uf;
1887         l_y = -vf;
1888         l_z = -1.f;
1889         break;
1890     case TOP_RIGHT:
1891         l_x =  1.f;
1892         l_y = -vf;
1893         l_z =  uf;
1894         break;
1895     case BOTTOM_LEFT:
1896         l_x = -vf;
1897         l_y = -1.f;
1898         l_z =  uf;
1899         break;
1900     case BOTTOM_MIDDLE:
1901         l_x = -vf;
1902         l_y =  uf;
1903         l_z =  1.f;
1904         break;
1905     case BOTTOM_RIGHT:
1906         l_x = -vf;
1907         l_y =  1.f;
1908         l_z = -uf;
1909         break;
1910     default:
1911         av_assert0(0);
1912     }
1913
1914     vec[0] = l_x;
1915     vec[1] = l_y;
1916     vec[2] = l_z;
1917
1918     normalize_vector(vec);
1919 }
1920
1921 /**
1922  * Calculate frame position in equi-angular cubemap format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1923  *
1924  * @param s filter private context
1925  * @param vec coordinates on sphere
1926  * @param width frame width
1927  * @param height frame height
1928  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1929  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1930  * @param du horizontal relative coordinate
1931  * @param dv vertical relative coordinate
1932  */
1933 static void xyz_to_eac(const V360Context *s,
1934                        const float *vec, int width, int height,
1935                        uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1936 {
1937     const float pixel_pad = 2;
1938     const float u_pad = pixel_pad / width;
1939     const float v_pad = pixel_pad / height;
1940
1941     float uf, vf;
1942     int ui, vi;
1943     int direction, face;
1944     int u_face, v_face;
1945
1946     xyz_to_cube(s, vec, &uf, &vf, &direction);
1947
1948     face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1949     u_face = face % 3;
1950     v_face = face / 3;
1951
1952     uf = M_2_PI * atanf(uf) + 0.5f;
1953     vf = M_2_PI * atanf(vf) + 0.5f;
1954
1955     // These formulas are inversed from eac_to_xyz ones
1956     uf = (uf + u_face) * (1.f - 2.f * u_pad) / 3.f + u_pad;
1957     vf = vf * (0.5f - 2.f * v_pad) + v_pad + 0.5f * v_face;
1958
1959     uf *= width;
1960     vf *= height;
1961
1962     uf -= 0.5f;
1963     vf -= 0.5f;
1964
1965     ui = floorf(uf);
1966     vi = floorf(vf);
1967
1968     *du = uf - ui;
1969     *dv = vf - vi;
1970
1971     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1972         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1973             us[i + 1][j + 1] = av_clip(ui + j, 0, width  - 1);
1974             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1975         }
1976     }
1977 }
1978
1979 /**
1980  * Prepare data for processing flat output format.
1981  *
1982  * @param ctx filter context
1983  *
1984  * @return error code
1985  */
1986 static int prepare_flat_out(AVFilterContext *ctx)
1987 {
1988     V360Context *s = ctx->priv;
1989
1990     s->flat_range[0] = tanf(0.5f * s->h_fov * M_PI / 180.f);
1991     s->flat_range[1] = tanf(0.5f * s->v_fov * M_PI / 180.f);
1992
1993     return 0;
1994 }
1995
1996 /**
1997  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in flat format.
1998  *
1999  * @param s filter private context
2000  * @param i horizontal position on frame [0, width)
2001  * @param j vertical position on frame [0, height)
2002  * @param width frame width
2003  * @param height frame height
2004  * @param vec coordinates on sphere
2005  */
2006 static void flat_to_xyz(const V360Context *s,
2007                         int i, int j, int width, int height,
2008                         float *vec)
2009 {
2010     const float l_x =  s->flat_range[0] * (2.f * i / width  - 1.f);
2011     const float l_y = -s->flat_range[1] * (2.f * j / height - 1.f);
2012
2013     vec[0] =  l_x;
2014     vec[1] =  l_y;
2015     vec[2] = -1.f;
2016
2017     normalize_vector(vec);
2018 }
2019
2020 /**
2021  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in dual fisheye format.
2022  *
2023  * @param s filter private context
2024  * @param i horizontal position on frame [0, width)
2025  * @param j vertical position on frame [0, height)
2026  * @param width frame width
2027  * @param height frame height
2028  * @param vec coordinates on sphere
2029  */
2030 static void dfisheye_to_xyz(const V360Context *s,
2031                             int i, int j, int width, int height,
2032                             float *vec)
2033 {
2034     const float scale = 1.f + s->out_pad;
2035
2036     const float ew = width / 2.f;
2037     const float eh = height;
2038
2039     const int ei = i >= ew ? i - ew : i;
2040     const float m = i >= ew ? -1.f : 1.f;
2041
2042     const float uf = ((2.f * ei) / ew - 1.f) * scale;
2043     const float vf = ((2.f *  j) / eh - 1.f) * scale;
2044
2045     const float h     = hypotf(uf, vf);
2046     const float lh    = h > 0.f ? h : 1.f;
2047     const float theta = m * M_PI_2 * (1.f - h);
2048
2049     const float sin_theta = sinf(theta);
2050     const float cos_theta = cosf(theta);
2051
2052     vec[0] = cos_theta *  uf / lh;
2053     vec[1] = cos_theta * -vf / lh;
2054     vec[2] = sin_theta;
2055
2056     normalize_vector(vec);
2057 }
2058
2059 /**
2060  * Calculate frame position in dual fisheye format for corresponding 3D coordinates on sphere.
2061  *
2062  * @param s filter private context
2063  * @param vec coordinates on sphere
2064  * @param width frame width
2065  * @param height frame height
2066  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
2067  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
2068  * @param du horizontal relative coordinate
2069  * @param dv vertical relative coordinate
2070  */
2071 static void xyz_to_dfisheye(const V360Context *s,
2072                             const float *vec, int width, int height,
2073                             uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
2074 {
2075     const float scale = 1.f - s->in_pad;
2076
2077     const float ew = width / 2.f;
2078     const float eh = height;
2079
2080     const float h     = hypotf(vec[0], vec[1]);
2081     const float lh    = h > 0.f ? h : 1.f;
2082     const float theta = acosf(fabsf(vec[2])) / M_PI;
2083
2084     float uf = (theta * (-vec[0] / lh) * s->input_mirror_modifier[0] * scale + 0.5f) * ew;
2085     float vf = (theta * (-vec[1] / lh) * s->input_mirror_modifier[1] * scale + 0.5f) * eh;
2086
2087     int ui, vi;
2088     int u_shift;
2089
2090     if (vec[2] >= 0.f) {
2091         u_shift = 0;
2092     } else {
2093         u_shift = ceilf(ew);
2094         uf = ew - uf;
2095     }
2096
2097     ui = floorf(uf);
2098     vi = floorf(vf);
2099
2100     *du = uf - ui;
2101     *dv = vf - vi;
2102
2103     for (int i = -1; i < 3; i++) {
2104         for (int j = -1; j < 3; j++) {
2105             us[i + 1][j + 1] = av_clip(u_shift + ui + j, 0, width  - 1);
2106             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(          vi + i, 0, height - 1);
2107         }
2108     }
2109 }
2110
2111 /**
2112  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in barrel facebook's format.
2113  *
2114  * @param s filter private context
2115  * @param i horizontal position on frame [0, width)
2116  * @param j vertical position on frame [0, height)
2117  * @param width frame width
2118  * @param height frame height
2119  * @param vec coordinates on sphere
2120  */
2121 static void barrel_to_xyz(const V360Context *s,
2122                           int i, int j, int width, int height,
2123                           float *vec)
2124 {
2125     const float scale = 0.99f;
2126     float l_x, l_y, l_z;
2127
2128     if (i < 4 * width / 5) {
2129         const float theta_range = M_PI_4;
2130
2131         const int ew = 4 * width / 5;
2132         const int eh = height;
2133
2134         const float phi   = ((2.f * i) / ew - 1.f) * M_PI        / scale;
2135         const float theta = ((2.f * j) / eh - 1.f) * theta_range / scale;
2136
2137         const float sin_phi   = sinf(phi);
2138         const float cos_phi   = cosf(phi);
2139         const float sin_theta = sinf(theta);
2140         const float cos_theta = cosf(theta);
2141
2142         l_x =  cos_theta * sin_phi;
2143         l_y = -sin_theta;
2144         l_z = -cos_theta * cos_phi;
2145     } else {
2146         const int ew = width  / 5;
2147         const int eh = height / 2;
2148
2149         float uf, vf;
2150
2151         if (j < eh) {   // UP
2152             uf = 2.f * (i - 4 * ew) / ew  - 1.f;
2153             vf = 2.f * (j         ) / eh - 1.f;
2154
2155             uf /= scale;
2156             vf /= scale;
2157
2158             l_x =  uf;
2159             l_y =  1.f;
2160             l_z = -vf;
2161         } else {            // DOWN
2162             uf = 2.f * (i - 4 * ew) / ew - 1.f;
2163             vf = 2.f * (j -     eh) / eh - 1.f;
2164
2165             uf /= scale;
2166             vf /= scale;
2167
2168             l_x =  uf;
2169             l_y = -1.f;
2170             l_z =  vf;
2171         }
2172     }
2173
2174     vec[0] = l_x;
2175     vec[1] = l_y;
2176     vec[2] = l_z;
2177
2178     normalize_vector(vec);
2179 }
2180
2181 /**
2182  * Calculate frame position in barrel facebook's format for corresponding 3D coordinates on sphere.
2183  *
2184  * @param s filter private context
2185  * @param vec coordinates on sphere
2186  * @param width frame width
2187  * @param height frame height
2188  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
2189  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
2190  * @param du horizontal relative coordinate
2191  * @param dv vertical relative coordinate
2192  */
2193 static void xyz_to_barrel(const V360Context *s,
2194                           const float *vec, int width, int height,
2195                           uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
2196 {
2197     const float scale = 0.99f;
2198
2199     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
2200     const float theta = asinf(-vec[1]) * s->input_mirror_modifier[1];
2201     const float theta_range = M_PI_4;
2202
2203     int ew, eh;
2204     int u_shift, v_shift;
2205     float uf, vf;
2206     int ui, vi;
2207
2208     if (theta > -theta_range && theta < theta_range) {
2209         ew = 4 * width / 5;
2210         eh = height;
2211
2212         u_shift = s->ih_flip ? width / 5 : 0;
2213         v_shift = 0;
2214
2215         uf = (phi   / M_PI        * scale + 1.f) * ew / 2.f;
2216         vf = (theta / theta_range * scale + 1.f) * eh / 2.f;
2217     } else {
2218         ew = width  / 5;
2219         eh = height / 2;
2220
2221         u_shift = s->ih_flip ? 0 : 4 * ew;
2222
2223         if (theta < 0.f) {  // UP
2224             uf =  vec[0] / vec[1];
2225             vf = -vec[2] / vec[1];
2226             v_shift = 0;
2227         } else {            // DOWN
2228             uf = -vec[0] / vec[1];
2229             vf = -vec[2] / vec[1];
2230             v_shift = eh;
2231         }
2232
2233         uf *= s->input_mirror_modifier[0] * s->input_mirror_modifier[1];
2234         vf *= s->input_mirror_modifier[1];
2235
2236         uf = 0.5f * ew * (uf * scale + 1.f);
2237         vf = 0.5f * eh * (vf * scale + 1.f);
2238     }
2239
2240     ui = floorf(uf);
2241     vi = floorf(vf);
2242
2243     *du = uf - ui;
2244     *dv = vf - vi;
2245
2246     for (int i = -1; i < 3; i++) {
2247         for (int j = -1; j < 3; j++) {
2248             us[i + 1][j + 1] = u_shift + av_clip(ui + j, 0, ew - 1);
2249             vs[i + 1][j + 1] = v_shift + av_clip(vi + i, 0, eh - 1);
2250         }
2251     }
2252 }
2253
2254 static void multiply_matrix(float c[3][3], const float a[3][3], const float b[3][3])
2255 {
2256     for (int i = 0; i < 3; i++) {
2257         for (int j = 0; j < 3; j++) {
2258             float sum = 0;
2259
2260             for (int k = 0; k < 3; k++)
2261                 sum += a[i][k] * b[k][j];
2262
2263             c[i][j] = sum;
2264         }
2265     }
2266 }
2267
2268 /**
2269  * Calculate rotation matrix for yaw/pitch/roll angles.
2270  */
2271 static inline void calculate_rotation_matrix(float yaw, float pitch, float roll,
2272                                              float rot_mat[3][3],
2273                                              const int rotation_order[3])
2274 {
2275     const float yaw_rad   = yaw   * M_PI / 180.f;
2276     const float pitch_rad = pitch * M_PI / 180.f;
2277     const float roll_rad  = roll  * M_PI / 180.f;
2278
2279     const float sin_yaw   = sinf(-yaw_rad);
2280     const float cos_yaw   = cosf(-yaw_rad);
2281     const float sin_pitch = sinf(pitch_rad);
2282     const float cos_pitch = cosf(pitch_rad);
2283     const float sin_roll  = sinf(roll_rad);
2284     const float cos_roll  = cosf(roll_rad);
2285
2286     float m[3][3][3];
2287     float temp[3][3];
2288
2289     m[0][0][0] =  cos_yaw;  m[0][0][1] = 0;          m[0][0][2] =  sin_yaw;
2290     m[0][1][0] =  0;        m[0][1][1] = 1;          m[0][1][2] =  0;
2291     m[0][2][0] = -sin_yaw;  m[0][2][1] = 0;          m[0][2][2] =  cos_yaw;
2292
2293     m[1][0][0] = 1;         m[1][0][1] = 0;          m[1][0][2] =  0;
2294     m[1][1][0] = 0;         m[1][1][1] = cos_pitch;  m[1][1][2] = -sin_pitch;
2295     m[1][2][0] = 0;         m[1][2][1] = sin_pitch;  m[1][2][2] =  cos_pitch;
2296
2297     m[2][0][0] = cos_roll;  m[2][0][1] = -sin_roll;  m[2][0][2] =  0;
2298     m[2][1][0] = sin_roll;  m[2][1][1] =  cos_roll;  m[2][1][2] =  0;
2299     m[2][2][0] = 0;         m[2][2][1] =  0;         m[2][2][2] =  1;
2300
2301     multiply_matrix(temp, m[rotation_order[0]], m[rotation_order[1]]);
2302     multiply_matrix(rot_mat, temp, m[rotation_order[2]]);
2303 }
2304
2305 /**
2306  * Rotate vector with given rotation matrix.
2307  *
2308  * @param rot_mat rotation matrix
2309  * @param vec vector
2310  */
2311 static inline void rotate(const float rot_mat[3][3],
2312                           float *vec)
2313 {
2314     const float x_tmp = vec[0] * rot_mat[0][0] + vec[1] * rot_mat[0][1] + vec[2] * rot_mat[0][2];
2315     const float y_tmp = vec[0] * rot_mat[1][0] + vec[1] * rot_mat[1][1] + vec[2] * rot_mat[1][2];
2316     const float z_tmp = vec[0] * rot_mat[2][0] + vec[1] * rot_mat[2][1] + vec[2] * rot_mat[2][2];
2317
2318     vec[0] = x_tmp;
2319     vec[1] = y_tmp;
2320     vec[2] = z_tmp;
2321 }
2322
2323 static inline void set_mirror_modifier(int h_flip, int v_flip, int d_flip,
2324                                        float *modifier)
2325 {
2326     modifier[0] = h_flip ? -1.f : 1.f;
2327     modifier[1] = v_flip ? -1.f : 1.f;
2328     modifier[2] = d_flip ? -1.f : 1.f;
2329 }
2330
2331 static inline void mirror(const float *modifier, float *vec)
2332 {
2333     vec[0] *= modifier[0];
2334     vec[1] *= modifier[1];
2335     vec[2] *= modifier[2];
2336 }
2337
2338 static int allocate_plane(V360Context *s, int sizeof_uv, int sizeof_ker, int p)
2339 {
2340     s->u[p] = av_calloc(s->uv_linesize[p] * s->pr_height[p], sizeof_uv);
2341     s->v[p] = av_calloc(s->uv_linesize[p] * s->pr_height[p], sizeof_uv);
2342     if (!s->u[p] || !s->v[p])
2343         return AVERROR(ENOMEM);
2344     if (sizeof_ker) {
2345         s->ker[p] = av_calloc(s->uv_linesize[p] * s->pr_height[p], sizeof_ker);
2346         if (!s->ker[p])
2347             return AVERROR(ENOMEM);
2348     }
2349
2350     return 0;
2351 }
2352
2353 static void fov_from_dfov(V360Context *s, float w, float h)
2354 {
2355     const float da = tanf(0.5 * FFMIN(s->d_fov, 359.f) * M_PI / 180.f);
2356     const float d = hypotf(w, h);
2357
2358     s->h_fov = atan2f(da * w, d) * 360.f / M_PI;
2359     s->v_fov = atan2f(da * h, d) * 360.f / M_PI;
2360
2361     if (s->h_fov < 0.f)
2362         s->h_fov += 360.f;
2363     if (s->v_fov < 0.f)
2364         s->v_fov += 360.f;
2365 }
2366
2367 static void set_dimensions(int *outw, int *outh, int w, int h, const AVPixFmtDescriptor *desc)
2368 {
2369     outw[1] = outw[2] = FF_CEIL_RSHIFT(w, desc->log2_chroma_w);
2370     outw[0] = outw[3] = w;
2371     outh[1] = outh[2] = FF_CEIL_RSHIFT(h, desc->log2_chroma_h);
2372     outh[0] = outh[3] = h;
2373 }
2374
2375 // Calculate remap data
2376 static av_always_inline int v360_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
2377 {
2378     V360Context *s = ctx->priv;
2379
2380     for (int p = 0; p < s->nb_allocated; p++) {
2381         const int width = s->pr_width[p];
2382         const int uv_linesize = s->uv_linesize[p];
2383         const int height = s->pr_height[p];
2384         const int in_width = s->inplanewidth[p];
2385         const int in_height = s->inplaneheight[p];
2386         const int slice_start = (height *  jobnr     ) / nb_jobs;
2387         const int slice_end   = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
2388         float du, dv;
2389         float vec[3];
2390         XYRemap rmap;
2391
2392         for (int j = slice_start; j < slice_end; j++) {
2393             for (int i = 0; i < width; i++) {
2394                 uint16_t *u = s->u[p] + (j * uv_linesize + i) * s->elements;
2395                 uint16_t *v = s->v[p] + (j * uv_linesize + i) * s->elements;
2396                 int16_t *ker = s->ker[p] + (j * uv_linesize + i) * s->elements;
2397
2398                 if (s->out_transpose)
2399                     s->out_transform(s, j, i, height, width, vec);
2400                 else
2401                     s->out_transform(s, i, j, width, height, vec);
2402                 av_assert1(!isnan(vec[0]) && !isnan(vec[1]) && !isnan(vec[2]));
2403                 rotate(s->rot_mat, vec);
2404                 av_assert1(!isnan(vec[0]) && !isnan(vec[1]) && !isnan(vec[2]));
2405                 normalize_vector(vec);
2406                 mirror(s->output_mirror_modifier, vec);
2407                 if (s->in_transpose)
2408                     s->in_transform(s, vec, in_height, in_width, rmap.v, rmap.u, &du, &dv);
2409                 else
2410                     s->in_transform(s, vec, in_width, in_height, rmap.u, rmap.v, &du, &dv);
2411                 av_assert1(!isnan(du) && !isnan(dv));
2412                 s->calculate_kernel(du, dv, &rmap, u, v, ker);
2413             }
2414         }
2415     }
2416
2417     return 0;
2418 }
2419
2420 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
2421 {
2422     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
2423     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
2424     V360Context *s = ctx->priv;
2425     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
2426     const int depth = desc->comp[0].depth;
2427     int sizeof_uv;
2428     int sizeof_ker;
2429     int err;
2430     int h, w;
2431     int in_offset_h, in_offset_w;
2432     int out_offset_h, out_offset_w;
2433     float hf, wf;
2434     int (*prepare_out)(AVFilterContext *ctx);
2435
2436     s->input_mirror_modifier[0] = s->ih_flip ? -1.f : 1.f;
2437     s->input_mirror_modifier[1] = s->iv_flip ? -1.f : 1.f;
2438
2439     switch (s->interp) {
2440     case NEAREST:
2441         s->calculate_kernel = nearest_kernel;
2442         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap1_8bit_slice : remap1_16bit_slice;
2443         s->elements = 1;
2444         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2445         sizeof_ker = 0;
2446         break;
2447     case BILINEAR:
2448         s->calculate_kernel = bilinear_kernel;
2449         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap2_8bit_slice : remap2_16bit_slice;
2450         s->elements = 2 * 2;
2451         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2452         sizeof_ker = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2453         break;
2454     case BICUBIC:
2455         s->calculate_kernel = bicubic_kernel;
2456         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap4_8bit_slice : remap4_16bit_slice;
2457         s->elements = 4 * 4;
2458         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2459         sizeof_ker = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2460         break;
2461     case LANCZOS:
2462         s->calculate_kernel = lanczos_kernel;
2463         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap4_8bit_slice : remap4_16bit_slice;
2464         s->elements = 4 * 4;
2465         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2466         sizeof_ker = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2467         break;
2468     default:
2469         av_assert0(0);
2470     }
2471
2472     ff_v360_init(s, depth);
2473
2474     for (int order = 0; order < NB_RORDERS; order++) {
2475         const char c = s->rorder[order];
2476         int rorder;
2477
2478         if (c == '\0') {
2479             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
2480                    "Incomplete rorder option. Direction for all 3 rotation orders should be specified.\n");
2481             return AVERROR(EINVAL);
2482         }
2483
2484         rorder = get_rorder(c);
2485         if (rorder == -1) {
2486             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
2487                    "Incorrect rotation order symbol '%c' in rorder option.\n", c);
2488             return AVERROR(EINVAL);
2489         }
2490
2491         s->rotation_order[order] = rorder;
2492     }
2493
2494     switch (s->in_stereo) {
2495     case STEREO_2D:
2496         w = inlink->w;
2497         h = inlink->h;
2498         in_offset_w = in_offset_h = 0;
2499         break;
2500     case STEREO_SBS:
2501         w = inlink->w / 2;
2502         h = inlink->h;
2503         in_offset_w = w;
2504         in_offset_h = 0;
2505         break;
2506     case STEREO_TB:
2507         w = inlink->w;
2508         h = inlink->h / 2;
2509         in_offset_w = 0;
2510         in_offset_h = h;
2511         break;
2512     default:
2513         av_assert0(0);
2514     }
2515
2516     set_dimensions(s->inplanewidth, s->inplaneheight, w, h, desc);
2517     set_dimensions(s->in_offset_w, s->in_offset_h, in_offset_w, in_offset_h, desc);
2518
2519     switch (s->in) {
2520     case EQUIRECTANGULAR:
2521         s->in_transform = xyz_to_equirect;
2522         err = 0;
2523         wf = w;
2524         hf = h;
2525         break;
2526     case CUBEMAP_3_2:
2527         s->in_transform = xyz_to_cube3x2;
2528         err = prepare_cube_in(ctx);
2529         wf = w / 3.f * 4.f;
2530         hf = h;
2531         break;
2532     case CUBEMAP_1_6:
2533         s->in_transform = xyz_to_cube1x6;
2534         err = prepare_cube_in(ctx);
2535         wf = w * 4.f;
2536         hf = h / 3.f;
2537         break;
2538     case CUBEMAP_6_1:
2539         s->in_transform = xyz_to_cube6x1;
2540         err = prepare_cube_in(ctx);
2541         wf = w / 3.f * 2.f;
2542         hf = h * 2.f;
2543         break;
2544     case EQUIANGULAR:
2545         s->in_transform = xyz_to_eac;
2546         err = prepare_eac_in(ctx);
2547         wf = w;
2548         hf = h / 9.f * 8.f;
2549         break;
2550     case FLAT:
2551         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Flat format is not accepted as input.\n");
2552         return AVERROR(EINVAL);
2553     case DUAL_FISHEYE:
2554         s->in_transform = xyz_to_dfisheye;
2555         err = 0;
2556         wf = w;
2557         hf = h;
2558         break;
2559     case BARREL:
2560         s->in_transform = xyz_to_barrel;
2561         err = 0;
2562         wf = w / 5.f * 4.f;
2563         hf = h;
2564         break;
2565     case STEREOGRAPHIC:
2566         s->in_transform = xyz_to_stereographic;
2567         err = 0;
2568         wf = w;
2569         hf = h / 2.f;
2570         break;
2571     case MERCATOR:
2572         s->in_transform = xyz_to_mercator;
2573         err = 0;
2574         wf = w;
2575         hf = h;
2576         break;
2577     case BALL:
2578         s->in_transform = xyz_to_ball;
2579         err = 0;
2580         wf = w;
2581         hf = h / 2.f;
2582         break;
2583     case HAMMER:
2584         s->in_transform = xyz_to_hammer;
2585         err = 0;
2586         wf = w;
2587         hf = h;
2588         break;
2589     default:
2590         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Specified input format is not handled.\n");
2591         return AVERROR_BUG;
2592     }
2593
2594     if (err != 0) {
2595         return err;
2596     }
2597
2598     switch (s->out) {
2599     case EQUIRECTANGULAR:
2600         s->out_transform = equirect_to_xyz;
2601         prepare_out = NULL;
2602         w = roundf(wf);
2603         h = roundf(hf);
2604         break;
2605     case CUBEMAP_3_2:
2606         s->out_transform = cube3x2_to_xyz;
2607         prepare_out = prepare_cube_out;
2608         w = roundf(wf / 4.f * 3.f);
2609         h = roundf(hf);
2610         break;
2611     case CUBEMAP_1_6:
2612         s->out_transform = cube1x6_to_xyz;
2613         prepare_out = prepare_cube_out;
2614         w = roundf(wf / 4.f);
2615         h = roundf(hf * 3.f);
2616         break;
2617     case CUBEMAP_6_1:
2618         s->out_transform = cube6x1_to_xyz;
2619         prepare_out = prepare_cube_out;
2620         w = roundf(wf / 2.f * 3.f);
2621         h = roundf(hf / 2.f);
2622         break;
2623     case EQUIANGULAR:
2624         s->out_transform = eac_to_xyz;
2625         prepare_out = prepare_eac_out;
2626         w = roundf(wf);
2627         h = roundf(hf / 8.f * 9.f);
2628         break;
2629     case FLAT:
2630         s->out_transform = flat_to_xyz;
2631         prepare_out = prepare_flat_out;
2632         w = roundf(wf);
2633         h = roundf(hf);
2634         break;
2635     case DUAL_FISHEYE:
2636         s->out_transform = dfisheye_to_xyz;
2637         prepare_out = NULL;
2638         w = roundf(wf);
2639         h = roundf(hf);
2640         break;
2641     case BARREL:
2642         s->out_transform = barrel_to_xyz;
2643         prepare_out = NULL;
2644         w = roundf(wf / 4.f * 5.f);
2645         h = roundf(hf);
2646         break;
2647     case STEREOGRAPHIC:
2648         s->out_transform = stereographic_to_xyz;
2649         prepare_out = prepare_stereographic_out;
2650         w = roundf(wf);
2651         h = roundf(hf * 2.f);
2652         break;
2653     case MERCATOR:
2654         s->out_transform = mercator_to_xyz;
2655         prepare_out = NULL;
2656         w = roundf(wf);
2657         h = roundf(hf);
2658         break;
2659     case BALL:
2660         s->out_transform = ball_to_xyz;
2661         prepare_out = NULL;
2662         w = roundf(wf);
2663         h = roundf(hf * 2.f);
2664         break;
2665     case HAMMER:
2666         s->out_transform = hammer_to_xyz;
2667         prepare_out = NULL;
2668         w = roundf(wf);
2669         h = roundf(hf);
2670         break;
2671     default:
2672         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Specified output format is not handled.\n");
2673         return AVERROR_BUG;
2674     }
2675
2676     // Override resolution with user values if specified
2677     if (s->width > 0 && s->height > 0) {
2678         w = s->width;
2679         h = s->height;
2680     } else if (s->width > 0 || s->height > 0) {
2681         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Both width and height values should be specified.\n");
2682         return AVERROR(EINVAL);
2683     } else {
2684         if (s->out_transpose)
2685             FFSWAP(int, w, h);
2686
2687         if (s->in_transpose)
2688             FFSWAP(int, w, h);
2689     }
2690
2691     if (s->d_fov > 0.f)
2692         fov_from_dfov(s, w, h);
2693
2694     if (prepare_out) {
2695         err = prepare_out(ctx);
2696         if (err != 0)
2697             return err;
2698     }
2699
2700     set_dimensions(s->pr_width, s->pr_height, w, h, desc);
2701
2702     switch (s->out_stereo) {
2703     case STEREO_2D:
2704         out_offset_w = out_offset_h = 0;
2705         break;
2706     case STEREO_SBS:
2707         out_offset_w = w;
2708         out_offset_h = 0;
2709         w *= 2;
2710         break;
2711     case STEREO_TB:
2712         out_offset_w = 0;
2713         out_offset_h = h;
2714         h *= 2;
2715         break;
2716     default:
2717         av_assert0(0);
2718     }
2719
2720     set_dimensions(s->out_offset_w, s->out_offset_h, out_offset_w, out_offset_h, desc);
2721     set_dimensions(s->planewidth, s->planeheight, w, h, desc);
2722
2723     for (int i = 0; i < 4; i++)
2724         s->uv_linesize[i] = FFALIGN(s->pr_width[i], 8);
2725
2726     outlink->h = h;
2727     outlink->w = w;
2728
2729     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
2730
2731     if (desc->log2_chroma_h == desc->log2_chroma_w && desc->log2_chroma_h == 0) {
2732         s->nb_allocated = 1;
2733         s->map[0] = s->map[1] = s->map[2] = s->map[3] = 0;
2734     } else {
2735         s->nb_allocated = 2;
2736         s->map[0] = 0;
2737         s->map[1] = s->map[2] = 1;
2738         s->map[3] = 0;
2739     }
2740
2741     for (int i = 0; i < s->nb_allocated; i++)
2742         allocate_plane(s, sizeof_uv, sizeof_ker, i);
2743
2744     calculate_rotation_matrix(s->yaw, s->pitch, s->roll, s->rot_mat, s->rotation_order);
2745     set_mirror_modifier(s->h_flip, s->v_flip, s->d_flip, s->output_mirror_modifier);
2746
2747     ctx->internal->execute(ctx, v360_slice, NULL, NULL, FFMIN(outlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
2748
2749     return 0;
2750 }
2751
2752 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
2753 {
2754     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
2755     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
2756     V360Context *s = ctx->priv;
2757     AVFrame *out;
2758     ThreadData td;
2759
2760     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
2761     if (!out) {
2762         av_frame_free(&in);
2763         return AVERROR(ENOMEM);
2764     }
2765     av_frame_copy_props(out, in);
2766
2767     td.in = in;
2768     td.out = out;
2769
2770     ctx->internal->execute(ctx, s->remap_slice, &td, NULL, FFMIN(outlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
2771
2772     av_frame_free(&in);
2773     return ff_filter_frame(outlink, out);
2774 }
2775
2776 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
2777 {
2778     V360Context *s = ctx->priv;
2779
2780     for (int p = 0; p < s->nb_allocated; p++) {
2781         av_freep(&s->u[p]);
2782         av_freep(&s->v[p]);
2783         av_freep(&s->ker[p]);
2784     }
2785 }
2786
2787 static const AVFilterPad inputs[] = {
2788     {
2789         .name         = "default",
2790         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
2791         .filter_frame = filter_frame,
2792     },
2793     { NULL }
2794 };
2795
2796 static const AVFilterPad outputs[] = {
2797     {
2798         .name         = "default",
2799         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
2800         .config_props = config_output,
2801     },
2802     { NULL }
2803 };
2804
2805 AVFilter ff_vf_v360 = {
2806     .name          = "v360",
2807     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert 360 projection of video."),
2808     .priv_size     = sizeof(V360Context),
2809     .uninit        = uninit,
2810     .query_formats = query_formats,
2811     .inputs        = inputs,
2812     .outputs       = outputs,
2813     .priv_class    = &v360_class,
2814     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
2815 };