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     const float h_angle = tanf(FFMIN(s->h_fov, 359.f) * M_PI / 720.f);
1418     const float v_angle = tanf(FFMIN(s->v_fov, 359.f) * M_PI / 720.f);
1419
1420     s->flat_range[0] = h_angle;
1421     s->flat_range[1] = v_angle;
1422
1423     return 0;
1424 }
1425
1426 /**
1427  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in stereographic format.
1428  *
1429  * @param s filter private context
1430  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1431  * @param j vertical position on frame [0, height)
1432  * @param width frame width
1433  * @param height frame height
1434  * @param vec coordinates on sphere
1435  */
1436 static void stereographic_to_xyz(const V360Context *s,
1437                                  int i, int j, int width, int height,
1438                                  float *vec)
1439 {
1440     const float x = ((2.f * i) / width  - 1.f) * s->flat_range[0];
1441     const float y = ((2.f * j) / height - 1.f) * s->flat_range[1];
1442     const float xy = x * x + y * y;
1443
1444     vec[0] = 2.f * x / (1.f + xy);
1445     vec[1] = (-1.f + xy) / (1.f + xy);
1446     vec[2] = 2.f * y / (1.f + xy);
1447
1448     normalize_vector(vec);
1449 }
1450
1451 /**
1452  * Calculate frame position in stereographic format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1453  *
1454  * @param s filter private context
1455  * @param vec coordinates on sphere
1456  * @param width frame width
1457  * @param height frame height
1458  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1459  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1460  * @param du horizontal relative coordinate
1461  * @param dv vertical relative coordinate
1462  */
1463 static void xyz_to_stereographic(const V360Context *s,
1464                                  const float *vec, int width, int height,
1465                                  uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1466 {
1467     const float x = av_clipf(vec[0] / (1.f - vec[1]), -1.f, 1.f) * s->input_mirror_modifier[0];
1468     const float y = av_clipf(vec[2] / (1.f - vec[1]), -1.f, 1.f) * s->input_mirror_modifier[1];
1469     float uf, vf;
1470     int ui, vi;
1471
1472     uf = (x + 1.f) * width  / 2.f;
1473     vf = (y + 1.f) * height / 2.f;
1474     ui = floorf(uf);
1475     vi = floorf(vf);
1476
1477     *du = uf - ui;
1478     *dv = vf - vi;
1479
1480     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1481         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1482             us[i + 1][j + 1] = av_clip(ui + j, 0, width - 1);
1483             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1484         }
1485     }
1486 }
1487
1488 /**
1489  * Calculate frame position in equirectangular format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1490  *
1491  * @param s filter private context
1492  * @param vec coordinates on sphere
1493  * @param width frame width
1494  * @param height frame height
1495  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1496  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1497  * @param du horizontal relative coordinate
1498  * @param dv vertical relative coordinate
1499  */
1500 static void xyz_to_equirect(const V360Context *s,
1501                             const float *vec, int width, int height,
1502                             uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1503 {
1504     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
1505     const float theta = asinf(-vec[1]) * s->input_mirror_modifier[1];
1506     float uf, vf;
1507     int ui, vi;
1508
1509     uf = (phi   / M_PI   + 1.f) * width  / 2.f;
1510     vf = (theta / M_PI_2 + 1.f) * height / 2.f;
1511     ui = floorf(uf);
1512     vi = floorf(vf);
1513
1514     *du = uf - ui;
1515     *dv = vf - vi;
1516
1517     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1518         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1519             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1520             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1521         }
1522     }
1523 }
1524
1525 /**
1526  * Calculate frame position in mercator format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1527  *
1528  * @param s filter private context
1529  * @param vec coordinates on sphere
1530  * @param width frame width
1531  * @param height frame height
1532  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1533  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1534  * @param du horizontal relative coordinate
1535  * @param dv vertical relative coordinate
1536  */
1537 static void xyz_to_mercator(const V360Context *s,
1538                             const float *vec, int width, int height,
1539                             uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1540 {
1541     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
1542     const float theta = 0.5f * asinhf(vec[1] / sqrtf(1.f - vec[1] * vec[1])) * s->input_mirror_modifier[1];
1543     float uf, vf;
1544     int ui, vi;
1545
1546     uf = (phi   / M_PI + 1.f) * width  / 2.f;
1547     vf = (theta / M_PI + 1.f) * height / 2.f;
1548     ui = floorf(uf);
1549     vi = floorf(vf);
1550
1551     *du = uf - ui;
1552     *dv = vf - vi;
1553
1554     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1555         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1556             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1557             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1558         }
1559     }
1560 }
1561
1562 /**
1563  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in mercator format.
1564  *
1565  * @param s filter private context
1566  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1567  * @param j vertical position on frame [0, height)
1568  * @param width frame width
1569  * @param height frame height
1570  * @param vec coordinates on sphere
1571  */
1572 static void mercator_to_xyz(const V360Context *s,
1573                             int i, int j, int width, int height,
1574                             float *vec)
1575 {
1576     const float phi   = ((2.f * i) / width  - 1.f) * M_PI;
1577     const float theta = atanf(sinhf(((2.f * j) / height - 1.f) * 2.f * M_PI));
1578
1579     const float sin_phi   = sinf(phi);
1580     const float cos_phi   = cosf(phi);
1581     const float sin_theta = sinf(theta);
1582     const float cos_theta = cosf(theta);
1583
1584     vec[0] =  cos_theta * sin_phi;
1585     vec[1] = -sin_theta;
1586     vec[2] = -cos_theta * cos_phi;
1587 }
1588
1589 /**
1590  * Calculate frame position in ball format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1591  *
1592  * @param s filter private context
1593  * @param vec coordinates on sphere
1594  * @param width frame width
1595  * @param height frame height
1596  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1597  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1598  * @param du horizontal relative coordinate
1599  * @param dv vertical relative coordinate
1600  */
1601 static void xyz_to_ball(const V360Context *s,
1602                         const float *vec, int width, int height,
1603                         uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1604 {
1605     const float l = hypotf(vec[0], vec[1]);
1606     const float r = sinf(acosf(-vec[2]) * 0.5f);
1607     float uf, vf;
1608     int ui, vi;
1609
1610     uf = (1.f - r * vec[0] * s->input_mirror_modifier[0] / l) * width  / 2.f;
1611     vf = (1.f + r * vec[1] * s->input_mirror_modifier[1] / l) * height / 2.f;
1612     ui = floorf(uf);
1613     vi = floorf(vf);
1614
1615     *du = uf - ui;
1616     *dv = vf - vi;
1617
1618     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1619         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1620             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1621             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1622         }
1623     }
1624 }
1625
1626 /**
1627  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in ball format.
1628  *
1629  * @param s filter private context
1630  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1631  * @param j vertical position on frame [0, height)
1632  * @param width frame width
1633  * @param height frame height
1634  * @param vec coordinates on sphere
1635  */
1636 static void ball_to_xyz(const V360Context *s,
1637                         int i, int j, int width, int height,
1638                         float *vec)
1639 {
1640     const float x = (2.f * i) / width  - 1.f;
1641     const float y = (2.f * j) / height - 1.f;
1642     const float l = hypotf(x, y);
1643
1644     if (l <= 1.f) {
1645         const float phi   = atan2f(x, y);
1646         const float theta = 2.f * asinf(l);
1647
1648         const float sin_phi   = sinf(phi);
1649         const float cos_phi   = cosf(phi);
1650         const float sin_theta = sinf(theta);
1651         const float cos_theta = cosf(theta);
1652
1653         vec[0] =  sin_theta * sin_phi;
1654         vec[1] = -sin_theta * cos_phi;
1655         vec[2] = -cos_theta;
1656     } else {
1657         vec[0] =  0.f;
1658         vec[1] = -1.f;
1659         vec[2] =  0.f;
1660     }
1661 }
1662
1663 /**
1664  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in hammer format.
1665  *
1666  * @param s filter private context
1667  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1668  * @param j vertical position on frame [0, height)
1669  * @param width frame width
1670  * @param height frame height
1671  * @param vec coordinates on sphere
1672  */
1673 static void hammer_to_xyz(const V360Context *s,
1674                           int i, int j, int width, int height,
1675                           float *vec)
1676 {
1677     const float x = ((2.f * i) / width  - 1.f);
1678     const float y = ((2.f * j) / height - 1.f);
1679
1680     const float xx = x * x;
1681     const float yy = y * y;
1682
1683     const float z = sqrtf(1.f - xx * 0.5f - yy * 0.5f);
1684
1685     const float a = M_SQRT2 * x * z;
1686     const float b = 2.f * z * z - 1.f;
1687
1688     const float aa = a * a;
1689     const float bb = b * b;
1690
1691     const float w = sqrtf(1.f - 2.f * yy * z * z);
1692
1693     vec[0] =  w * 2.f * a * b / (aa + bb);
1694     vec[1] = -M_SQRT2 * y * z;
1695     vec[2] = -w * (bb  - aa) / (aa + bb);
1696
1697     normalize_vector(vec);
1698 }
1699
1700 /**
1701  * Calculate frame position in hammer format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1702  *
1703  * @param s filter private context
1704  * @param vec coordinates on sphere
1705  * @param width frame width
1706  * @param height frame height
1707  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1708  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1709  * @param du horizontal relative coordinate
1710  * @param dv vertical relative coordinate
1711  */
1712 static void xyz_to_hammer(const V360Context *s,
1713                           const float *vec, int width, int height,
1714                           uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1715 {
1716     const float theta = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
1717
1718     const float z = sqrtf(1.f + sqrtf(1.f - vec[1] * vec[1]) * cosf(theta * 0.5f));
1719     const float x = sqrtf(1.f - vec[1] * vec[1]) * sinf(theta * 0.5f) / z;
1720     const float y = -vec[1] / z * s->input_mirror_modifier[1];
1721     float uf, vf;
1722     int ui, vi;
1723
1724     uf = (x + 1.f) * width  / 2.f;
1725     vf = (y + 1.f) * height / 2.f;
1726     ui = floorf(uf);
1727     vi = floorf(vf);
1728
1729     *du = uf - ui;
1730     *dv = vf - vi;
1731
1732     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1733         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1734             us[i + 1][j + 1] = mod(ui + j, width);
1735             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1736         }
1737     }
1738 }
1739
1740 /**
1741  * Prepare data for processing equi-angular cubemap input format.
1742  *
1743  * @param ctx filter context
1744  *
1745  * @return error code
1746  */
1747 static int prepare_eac_in(AVFilterContext *ctx)
1748 {
1749     V360Context *s = ctx->priv;
1750
1751     if (s->ih_flip && s->iv_flip) {
1752         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = BOTTOM_LEFT;
1753         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = BOTTOM_RIGHT;
1754         s->in_cubemap_face_order[UP]    = TOP_LEFT;
1755         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = TOP_RIGHT;
1756         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = BOTTOM_MIDDLE;
1757         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = TOP_MIDDLE;
1758     } else if (s->ih_flip) {
1759         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = TOP_LEFT;
1760         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = TOP_RIGHT;
1761         s->in_cubemap_face_order[UP]    = BOTTOM_LEFT;
1762         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = BOTTOM_RIGHT;
1763         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = TOP_MIDDLE;
1764         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = BOTTOM_MIDDLE;
1765     } else if (s->iv_flip) {
1766         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = BOTTOM_RIGHT;
1767         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = BOTTOM_LEFT;
1768         s->in_cubemap_face_order[UP]    = TOP_RIGHT;
1769         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = TOP_LEFT;
1770         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = BOTTOM_MIDDLE;
1771         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = TOP_MIDDLE;
1772     } else {
1773         s->in_cubemap_face_order[RIGHT] = TOP_RIGHT;
1774         s->in_cubemap_face_order[LEFT]  = TOP_LEFT;
1775         s->in_cubemap_face_order[UP]    = BOTTOM_RIGHT;
1776         s->in_cubemap_face_order[DOWN]  = BOTTOM_LEFT;
1777         s->in_cubemap_face_order[FRONT] = TOP_MIDDLE;
1778         s->in_cubemap_face_order[BACK]  = BOTTOM_MIDDLE;
1779     }
1780
1781     if (s->iv_flip) {
1782         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_LEFT]      = ROT_270;
1783         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_MIDDLE]    = ROT_90;
1784         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_RIGHT]     = ROT_270;
1785         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_LEFT]   = ROT_0;
1786         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_MIDDLE] = ROT_0;
1787         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_RIGHT]  = ROT_0;
1788     } else {
1789         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_LEFT]      = ROT_0;
1790         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_MIDDLE]    = ROT_0;
1791         s->in_cubemap_face_rotation[TOP_RIGHT]     = ROT_0;
1792         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_LEFT]   = ROT_270;
1793         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_MIDDLE] = ROT_90;
1794         s->in_cubemap_face_rotation[BOTTOM_RIGHT]  = ROT_270;
1795     }
1796
1797     return 0;
1798 }
1799
1800 /**
1801  * Prepare data for processing equi-angular cubemap output format.
1802  *
1803  * @param ctx filter context
1804  *
1805  * @return error code
1806  */
1807 static int prepare_eac_out(AVFilterContext *ctx)
1808 {
1809     V360Context *s = ctx->priv;
1810
1811     s->out_cubemap_direction_order[TOP_LEFT]      = LEFT;
1812     s->out_cubemap_direction_order[TOP_MIDDLE]    = FRONT;
1813     s->out_cubemap_direction_order[TOP_RIGHT]     = RIGHT;
1814     s->out_cubemap_direction_order[BOTTOM_LEFT]   = DOWN;
1815     s->out_cubemap_direction_order[BOTTOM_MIDDLE] = BACK;
1816     s->out_cubemap_direction_order[BOTTOM_RIGHT]  = UP;
1817
1818     s->out_cubemap_face_rotation[TOP_LEFT]      = ROT_0;
1819     s->out_cubemap_face_rotation[TOP_MIDDLE]    = ROT_0;
1820     s->out_cubemap_face_rotation[TOP_RIGHT]     = ROT_0;
1821     s->out_cubemap_face_rotation[BOTTOM_LEFT]   = ROT_270;
1822     s->out_cubemap_face_rotation[BOTTOM_MIDDLE] = ROT_90;
1823     s->out_cubemap_face_rotation[BOTTOM_RIGHT]  = ROT_270;
1824
1825     return 0;
1826 }
1827
1828 /**
1829  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in equi-angular cubemap format.
1830  *
1831  * @param s filter private context
1832  * @param i horizontal position on frame [0, width)
1833  * @param j vertical position on frame [0, height)
1834  * @param width frame width
1835  * @param height frame height
1836  * @param vec coordinates on sphere
1837  */
1838 static void eac_to_xyz(const V360Context *s,
1839                        int i, int j, int width, int height,
1840                        float *vec)
1841 {
1842     const float pixel_pad = 2;
1843     const float u_pad = pixel_pad / width;
1844     const float v_pad = pixel_pad / height;
1845
1846     int u_face, v_face, face;
1847
1848     float l_x, l_y, l_z;
1849
1850     float uf = (i + 0.5f) / width;
1851     float vf = (j + 0.5f) / height;
1852
1853     // EAC has 2-pixel padding on faces except between faces on the same row
1854     // Padding pixels seems not to be stretched with tangent as regular pixels
1855     // Formulas below approximate original padding as close as I could get experimentally
1856
1857     // Horizontal padding
1858     uf = 3.f * (uf - u_pad) / (1.f - 2.f * u_pad);
1859     if (uf < 0.f) {
1860         u_face = 0;
1861         uf -= 0.5f;
1862     } else if (uf >= 3.f) {
1863         u_face = 2;
1864         uf -= 2.5f;
1865     } else {
1866         u_face = floorf(uf);
1867         uf = fmodf(uf, 1.f) - 0.5f;
1868     }
1869
1870     // Vertical padding
1871     v_face = floorf(vf * 2.f);
1872     vf = (vf - v_pad - 0.5f * v_face) / (0.5f - 2.f * v_pad) - 0.5f;
1873
1874     if (uf >= -0.5f && uf < 0.5f) {
1875         uf = tanf(M_PI_2 * uf);
1876     } else {
1877         uf = 2.f * uf;
1878     }
1879     if (vf >= -0.5f && vf < 0.5f) {
1880         vf = tanf(M_PI_2 * vf);
1881     } else {
1882         vf = 2.f * vf;
1883     }
1884
1885     face = u_face + 3 * v_face;
1886
1887     switch (face) {
1888     case TOP_LEFT:
1889         l_x = -1.f;
1890         l_y = -vf;
1891         l_z = -uf;
1892         break;
1893     case TOP_MIDDLE:
1894         l_x =  uf;
1895         l_y = -vf;
1896         l_z = -1.f;
1897         break;
1898     case TOP_RIGHT:
1899         l_x =  1.f;
1900         l_y = -vf;
1901         l_z =  uf;
1902         break;
1903     case BOTTOM_LEFT:
1904         l_x = -vf;
1905         l_y = -1.f;
1906         l_z =  uf;
1907         break;
1908     case BOTTOM_MIDDLE:
1909         l_x = -vf;
1910         l_y =  uf;
1911         l_z =  1.f;
1912         break;
1913     case BOTTOM_RIGHT:
1914         l_x = -vf;
1915         l_y =  1.f;
1916         l_z = -uf;
1917         break;
1918     default:
1919         av_assert0(0);
1920     }
1921
1922     vec[0] = l_x;
1923     vec[1] = l_y;
1924     vec[2] = l_z;
1925
1926     normalize_vector(vec);
1927 }
1928
1929 /**
1930  * Calculate frame position in equi-angular cubemap format for corresponding 3D coordinates on sphere.
1931  *
1932  * @param s filter private context
1933  * @param vec coordinates on sphere
1934  * @param width frame width
1935  * @param height frame height
1936  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
1937  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
1938  * @param du horizontal relative coordinate
1939  * @param dv vertical relative coordinate
1940  */
1941 static void xyz_to_eac(const V360Context *s,
1942                        const float *vec, int width, int height,
1943                        uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
1944 {
1945     const float pixel_pad = 2;
1946     const float u_pad = pixel_pad / width;
1947     const float v_pad = pixel_pad / height;
1948
1949     float uf, vf;
1950     int ui, vi;
1951     int direction, face;
1952     int u_face, v_face;
1953
1954     xyz_to_cube(s, vec, &uf, &vf, &direction);
1955
1956     face = s->in_cubemap_face_order[direction];
1957     u_face = face % 3;
1958     v_face = face / 3;
1959
1960     uf = M_2_PI * atanf(uf) + 0.5f;
1961     vf = M_2_PI * atanf(vf) + 0.5f;
1962
1963     // These formulas are inversed from eac_to_xyz ones
1964     uf = (uf + u_face) * (1.f - 2.f * u_pad) / 3.f + u_pad;
1965     vf = vf * (0.5f - 2.f * v_pad) + v_pad + 0.5f * v_face;
1966
1967     uf *= width;
1968     vf *= height;
1969
1970     uf -= 0.5f;
1971     vf -= 0.5f;
1972
1973     ui = floorf(uf);
1974     vi = floorf(vf);
1975
1976     *du = uf - ui;
1977     *dv = vf - vi;
1978
1979     for (int i = -1; i < 3; i++) {
1980         for (int j = -1; j < 3; j++) {
1981             us[i + 1][j + 1] = av_clip(ui + j, 0, width  - 1);
1982             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(vi + i, 0, height - 1);
1983         }
1984     }
1985 }
1986
1987 /**
1988  * Prepare data for processing flat output format.
1989  *
1990  * @param ctx filter context
1991  *
1992  * @return error code
1993  */
1994 static int prepare_flat_out(AVFilterContext *ctx)
1995 {
1996     V360Context *s = ctx->priv;
1997
1998     const float h_angle = 0.5f * s->h_fov * M_PI / 180.f;
1999     const float v_angle = 0.5f * s->v_fov * M_PI / 180.f;
2000
2001     s->flat_range[0] = tanf(h_angle);
2002     s->flat_range[1] = tanf(v_angle);
2003
2004     return 0;
2005 }
2006
2007 /**
2008  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in flat format.
2009  *
2010  * @param s filter private context
2011  * @param i horizontal position on frame [0, width)
2012  * @param j vertical position on frame [0, height)
2013  * @param width frame width
2014  * @param height frame height
2015  * @param vec coordinates on sphere
2016  */
2017 static void flat_to_xyz(const V360Context *s,
2018                         int i, int j, int width, int height,
2019                         float *vec)
2020 {
2021     const float l_x =  s->flat_range[0] * (2.f * i / width  - 1.f);
2022     const float l_y = -s->flat_range[1] * (2.f * j / height - 1.f);
2023
2024     vec[0] =  l_x;
2025     vec[1] =  l_y;
2026     vec[2] = -1.f;
2027
2028     normalize_vector(vec);
2029 }
2030
2031 /**
2032  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in dual fisheye format.
2033  *
2034  * @param s filter private context
2035  * @param i horizontal position on frame [0, width)
2036  * @param j vertical position on frame [0, height)
2037  * @param width frame width
2038  * @param height frame height
2039  * @param vec coordinates on sphere
2040  */
2041 static void dfisheye_to_xyz(const V360Context *s,
2042                             int i, int j, int width, int height,
2043                             float *vec)
2044 {
2045     const float scale = 1.f + s->out_pad;
2046
2047     const float ew = width / 2.f;
2048     const float eh = height;
2049
2050     const int ei = i >= ew ? i - ew : i;
2051     const float m = i >= ew ? -1.f : 1.f;
2052
2053     const float uf = ((2.f * ei) / ew - 1.f) * scale;
2054     const float vf = ((2.f *  j) / eh - 1.f) * scale;
2055
2056     const float phi   = M_PI + atan2f(vf, uf * m);
2057     const float theta = m * M_PI_2 * (1.f - hypotf(uf, vf));
2058
2059     const float sin_phi   = sinf(phi);
2060     const float cos_phi   = cosf(phi);
2061     const float sin_theta = sinf(theta);
2062     const float cos_theta = cosf(theta);
2063
2064     vec[0] = cos_theta * cos_phi;
2065     vec[1] = cos_theta * sin_phi;
2066     vec[2] = sin_theta;
2067
2068     normalize_vector(vec);
2069 }
2070
2071 /**
2072  * Calculate frame position in dual fisheye format for corresponding 3D coordinates on sphere.
2073  *
2074  * @param s filter private context
2075  * @param vec coordinates on sphere
2076  * @param width frame width
2077  * @param height frame height
2078  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
2079  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
2080  * @param du horizontal relative coordinate
2081  * @param dv vertical relative coordinate
2082  */
2083 static void xyz_to_dfisheye(const V360Context *s,
2084                             const float *vec, int width, int height,
2085                             uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
2086 {
2087     const float scale = 1.f - s->in_pad;
2088
2089     const float ew = width / 2.f;
2090     const float eh = height;
2091
2092     const float phi   = atan2f(-vec[1], -vec[0]) * s->input_mirror_modifier[0];
2093     const float theta = acosf(fabsf(vec[2])) / M_PI * s->input_mirror_modifier[1];
2094
2095     float uf = (theta * cosf(phi) * scale + 0.5f) * ew;
2096     float vf = (theta * sinf(phi) * scale + 0.5f) * eh;
2097
2098     int ui, vi;
2099     int u_shift;
2100
2101     if (vec[2] >= 0) {
2102         u_shift = 0;
2103     } else {
2104         u_shift = ceilf(ew);
2105         uf = ew - uf;
2106     }
2107
2108     ui = floorf(uf);
2109     vi = floorf(vf);
2110
2111     *du = uf - ui;
2112     *dv = vf - vi;
2113
2114     for (int i = -1; i < 3; i++) {
2115         for (int j = -1; j < 3; j++) {
2116             us[i + 1][j + 1] = av_clip(u_shift + ui + j, 0, width  - 1);
2117             vs[i + 1][j + 1] = av_clip(          vi + i, 0, height - 1);
2118         }
2119     }
2120 }
2121
2122 /**
2123  * Calculate 3D coordinates on sphere for corresponding frame position in barrel facebook's format.
2124  *
2125  * @param s filter private context
2126  * @param i horizontal position on frame [0, width)
2127  * @param j vertical position on frame [0, height)
2128  * @param width frame width
2129  * @param height frame height
2130  * @param vec coordinates on sphere
2131  */
2132 static void barrel_to_xyz(const V360Context *s,
2133                           int i, int j, int width, int height,
2134                           float *vec)
2135 {
2136     const float scale = 0.99f;
2137     float l_x, l_y, l_z;
2138
2139     if (i < 4 * width / 5) {
2140         const float theta_range = M_PI_4;
2141
2142         const int ew = 4 * width / 5;
2143         const int eh = height;
2144
2145         const float phi   = ((2.f * i) / ew - 1.f) * M_PI        / scale;
2146         const float theta = ((2.f * j) / eh - 1.f) * theta_range / scale;
2147
2148         const float sin_phi   = sinf(phi);
2149         const float cos_phi   = cosf(phi);
2150         const float sin_theta = sinf(theta);
2151         const float cos_theta = cosf(theta);
2152
2153         l_x =  cos_theta * sin_phi;
2154         l_y = -sin_theta;
2155         l_z = -cos_theta * cos_phi;
2156     } else {
2157         const int ew = width  / 5;
2158         const int eh = height / 2;
2159
2160         float uf, vf;
2161
2162         if (j < eh) {   // UP
2163             uf = 2.f * (i - 4 * ew) / ew  - 1.f;
2164             vf = 2.f * (j         ) / eh - 1.f;
2165
2166             uf /= scale;
2167             vf /= scale;
2168
2169             l_x =  uf;
2170             l_y =  1.f;
2171             l_z = -vf;
2172         } else {            // DOWN
2173             uf = 2.f * (i - 4 * ew) / ew - 1.f;
2174             vf = 2.f * (j -     eh) / eh - 1.f;
2175
2176             uf /= scale;
2177             vf /= scale;
2178
2179             l_x =  uf;
2180             l_y = -1.f;
2181             l_z =  vf;
2182         }
2183     }
2184
2185     vec[0] = l_x;
2186     vec[1] = l_y;
2187     vec[2] = l_z;
2188
2189     normalize_vector(vec);
2190 }
2191
2192 /**
2193  * Calculate frame position in barrel facebook's format for corresponding 3D coordinates on sphere.
2194  *
2195  * @param s filter private context
2196  * @param vec coordinates on sphere
2197  * @param width frame width
2198  * @param height frame height
2199  * @param us horizontal coordinates for interpolation window
2200  * @param vs vertical coordinates for interpolation window
2201  * @param du horizontal relative coordinate
2202  * @param dv vertical relative coordinate
2203  */
2204 static void xyz_to_barrel(const V360Context *s,
2205                           const float *vec, int width, int height,
2206                           uint16_t us[4][4], uint16_t vs[4][4], float *du, float *dv)
2207 {
2208     const float scale = 0.99f;
2209
2210     const float phi   = atan2f(vec[0], -vec[2]) * s->input_mirror_modifier[0];
2211     const float theta = asinf(-vec[1]) * s->input_mirror_modifier[1];
2212     const float theta_range = M_PI_4;
2213
2214     int ew, eh;
2215     int u_shift, v_shift;
2216     float uf, vf;
2217     int ui, vi;
2218
2219     if (theta > -theta_range && theta < theta_range) {
2220         ew = 4 * width / 5;
2221         eh = height;
2222
2223         u_shift = s->ih_flip ? width / 5 : 0;
2224         v_shift = 0;
2225
2226         uf = (phi   / M_PI        * scale + 1.f) * ew / 2.f;
2227         vf = (theta / theta_range * scale + 1.f) * eh / 2.f;
2228     } else {
2229         ew = width  / 5;
2230         eh = height / 2;
2231
2232         u_shift = s->ih_flip ? 0 : 4 * ew;
2233
2234         if (theta < 0.f) {  // UP
2235             uf =  vec[0] / vec[1];
2236             vf = -vec[2] / vec[1];
2237             v_shift = 0;
2238         } else {            // DOWN
2239             uf = -vec[0] / vec[1];
2240             vf = -vec[2] / vec[1];
2241             v_shift = eh;
2242         }
2243
2244         uf *= s->input_mirror_modifier[0] * s->input_mirror_modifier[1];
2245         vf *= s->input_mirror_modifier[1];
2246
2247         uf = 0.5f * ew * (uf * scale + 1.f);
2248         vf = 0.5f * eh * (vf * scale + 1.f);
2249     }
2250
2251     ui = floorf(uf);
2252     vi = floorf(vf);
2253
2254     *du = uf - ui;
2255     *dv = vf - vi;
2256
2257     for (int i = -1; i < 3; i++) {
2258         for (int j = -1; j < 3; j++) {
2259             us[i + 1][j + 1] = u_shift + av_clip(ui + j, 0, ew - 1);
2260             vs[i + 1][j + 1] = v_shift + av_clip(vi + i, 0, eh - 1);
2261         }
2262     }
2263 }
2264
2265 static void multiply_matrix(float c[3][3], const float a[3][3], const float b[3][3])
2266 {
2267     for (int i = 0; i < 3; i++) {
2268         for (int j = 0; j < 3; j++) {
2269             float sum = 0;
2270
2271             for (int k = 0; k < 3; k++)
2272                 sum += a[i][k] * b[k][j];
2273
2274             c[i][j] = sum;
2275         }
2276     }
2277 }
2278
2279 /**
2280  * Calculate rotation matrix for yaw/pitch/roll angles.
2281  */
2282 static inline void calculate_rotation_matrix(float yaw, float pitch, float roll,
2283                                              float rot_mat[3][3],
2284                                              const int rotation_order[3])
2285 {
2286     const float yaw_rad   = yaw   * M_PI / 180.f;
2287     const float pitch_rad = pitch * M_PI / 180.f;
2288     const float roll_rad  = roll  * M_PI / 180.f;
2289
2290     const float sin_yaw   = sinf(-yaw_rad);
2291     const float cos_yaw   = cosf(-yaw_rad);
2292     const float sin_pitch = sinf(pitch_rad);
2293     const float cos_pitch = cosf(pitch_rad);
2294     const float sin_roll  = sinf(roll_rad);
2295     const float cos_roll  = cosf(roll_rad);
2296
2297     float m[3][3][3];
2298     float temp[3][3];
2299
2300     m[0][0][0] =  cos_yaw;  m[0][0][1] = 0;          m[0][0][2] =  sin_yaw;
2301     m[0][1][0] =  0;        m[0][1][1] = 1;          m[0][1][2] =  0;
2302     m[0][2][0] = -sin_yaw;  m[0][2][1] = 0;          m[0][2][2] =  cos_yaw;
2303
2304     m[1][0][0] = 1;         m[1][0][1] = 0;          m[1][0][2] =  0;
2305     m[1][1][0] = 0;         m[1][1][1] = cos_pitch;  m[1][1][2] = -sin_pitch;
2306     m[1][2][0] = 0;         m[1][2][1] = sin_pitch;  m[1][2][2] =  cos_pitch;
2307
2308     m[2][0][0] = cos_roll;  m[2][0][1] = -sin_roll;  m[2][0][2] =  0;
2309     m[2][1][0] = sin_roll;  m[2][1][1] =  cos_roll;  m[2][1][2] =  0;
2310     m[2][2][0] = 0;         m[2][2][1] =  0;         m[2][2][2] =  1;
2311
2312     multiply_matrix(temp, m[rotation_order[0]], m[rotation_order[1]]);
2313     multiply_matrix(rot_mat, temp, m[rotation_order[2]]);
2314 }
2315
2316 /**
2317  * Rotate vector with given rotation matrix.
2318  *
2319  * @param rot_mat rotation matrix
2320  * @param vec vector
2321  */
2322 static inline void rotate(const float rot_mat[3][3],
2323                           float *vec)
2324 {
2325     const float x_tmp = vec[0] * rot_mat[0][0] + vec[1] * rot_mat[0][1] + vec[2] * rot_mat[0][2];
2326     const float y_tmp = vec[0] * rot_mat[1][0] + vec[1] * rot_mat[1][1] + vec[2] * rot_mat[1][2];
2327     const float z_tmp = vec[0] * rot_mat[2][0] + vec[1] * rot_mat[2][1] + vec[2] * rot_mat[2][2];
2328
2329     vec[0] = x_tmp;
2330     vec[1] = y_tmp;
2331     vec[2] = z_tmp;
2332 }
2333
2334 static inline void set_mirror_modifier(int h_flip, int v_flip, int d_flip,
2335                                        float *modifier)
2336 {
2337     modifier[0] = h_flip ? -1.f : 1.f;
2338     modifier[1] = v_flip ? -1.f : 1.f;
2339     modifier[2] = d_flip ? -1.f : 1.f;
2340 }
2341
2342 static inline void mirror(const float *modifier, float *vec)
2343 {
2344     vec[0] *= modifier[0];
2345     vec[1] *= modifier[1];
2346     vec[2] *= modifier[2];
2347 }
2348
2349 static int allocate_plane(V360Context *s, int sizeof_uv, int sizeof_ker, int p)
2350 {
2351     s->u[p] = av_calloc(s->uv_linesize[p] * s->pr_height[p], sizeof_uv);
2352     s->v[p] = av_calloc(s->uv_linesize[p] * s->pr_height[p], sizeof_uv);
2353     if (!s->u[p] || !s->v[p])
2354         return AVERROR(ENOMEM);
2355     if (sizeof_ker) {
2356         s->ker[p] = av_calloc(s->uv_linesize[p] * s->pr_height[p], sizeof_ker);
2357         if (!s->ker[p])
2358             return AVERROR(ENOMEM);
2359     }
2360
2361     return 0;
2362 }
2363
2364 static void fov_from_dfov(V360Context *s, float w, float h)
2365 {
2366     const float da = tanf(0.5 * FFMIN(s->d_fov, 359.f) * M_PI / 180.f);
2367     const float d = hypotf(w, h);
2368
2369     s->h_fov = atan2f(da * w, d) * 360.f / M_PI;
2370     s->v_fov = atan2f(da * h, d) * 360.f / M_PI;
2371
2372     if (s->h_fov < 0.f)
2373         s->h_fov += 360.f;
2374     if (s->v_fov < 0.f)
2375         s->v_fov += 360.f;
2376 }
2377
2378 static void set_dimensions(int *outw, int *outh, int w, int h, const AVPixFmtDescriptor *desc)
2379 {
2380     outw[1] = outw[2] = FF_CEIL_RSHIFT(w, desc->log2_chroma_w);
2381     outw[0] = outw[3] = w;
2382     outh[1] = outh[2] = FF_CEIL_RSHIFT(h, desc->log2_chroma_h);
2383     outh[0] = outh[3] = h;
2384 }
2385
2386 // Calculate remap data
2387 static av_always_inline int v360_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
2388 {
2389     V360Context *s = ctx->priv;
2390
2391     for (int p = 0; p < s->nb_allocated; p++) {
2392         const int width = s->pr_width[p];
2393         const int uv_linesize = s->uv_linesize[p];
2394         const int height = s->pr_height[p];
2395         const int in_width = s->inplanewidth[p];
2396         const int in_height = s->inplaneheight[p];
2397         const int slice_start = (height *  jobnr     ) / nb_jobs;
2398         const int slice_end   = (height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
2399         float du, dv;
2400         float vec[3];
2401         XYRemap rmap;
2402
2403         for (int j = slice_start; j < slice_end; j++) {
2404             for (int i = 0; i < width; i++) {
2405                 uint16_t *u = s->u[p] + (j * uv_linesize + i) * s->elements;
2406                 uint16_t *v = s->v[p] + (j * uv_linesize + i) * s->elements;
2407                 int16_t *ker = s->ker[p] + (j * uv_linesize + i) * s->elements;
2408
2409                 if (s->out_transpose)
2410                     s->out_transform(s, j, i, height, width, vec);
2411                 else
2412                     s->out_transform(s, i, j, width, height, vec);
2413                 av_assert1(!isnan(vec[0]) && !isnan(vec[1]) && !isnan(vec[2]));
2414                 rotate(s->rot_mat, vec);
2415                 av_assert1(!isnan(vec[0]) && !isnan(vec[1]) && !isnan(vec[2]));
2416                 normalize_vector(vec);
2417                 mirror(s->output_mirror_modifier, vec);
2418                 if (s->in_transpose)
2419                     s->in_transform(s, vec, in_height, in_width, rmap.v, rmap.u, &du, &dv);
2420                 else
2421                     s->in_transform(s, vec, in_width, in_height, rmap.u, rmap.v, &du, &dv);
2422                 av_assert1(!isnan(du) && !isnan(dv));
2423                 s->calculate_kernel(du, dv, &rmap, u, v, ker);
2424             }
2425         }
2426     }
2427
2428     return 0;
2429 }
2430
2431 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
2432 {
2433     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
2434     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
2435     V360Context *s = ctx->priv;
2436     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
2437     const int depth = desc->comp[0].depth;
2438     int sizeof_uv;
2439     int sizeof_ker;
2440     int err;
2441     int h, w;
2442     int in_offset_h, in_offset_w;
2443     int out_offset_h, out_offset_w;
2444     float hf, wf;
2445     int (*prepare_out)(AVFilterContext *ctx);
2446
2447     s->input_mirror_modifier[0] = s->ih_flip ? -1.f : 1.f;
2448     s->input_mirror_modifier[1] = s->iv_flip ? -1.f : 1.f;
2449
2450     switch (s->interp) {
2451     case NEAREST:
2452         s->calculate_kernel = nearest_kernel;
2453         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap1_8bit_slice : remap1_16bit_slice;
2454         s->elements = 1;
2455         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2456         sizeof_ker = 0;
2457         break;
2458     case BILINEAR:
2459         s->calculate_kernel = bilinear_kernel;
2460         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap2_8bit_slice : remap2_16bit_slice;
2461         s->elements = 2 * 2;
2462         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2463         sizeof_ker = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2464         break;
2465     case BICUBIC:
2466         s->calculate_kernel = bicubic_kernel;
2467         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap4_8bit_slice : remap4_16bit_slice;
2468         s->elements = 4 * 4;
2469         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2470         sizeof_ker = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2471         break;
2472     case LANCZOS:
2473         s->calculate_kernel = lanczos_kernel;
2474         s->remap_slice = depth <= 8 ? remap4_8bit_slice : remap4_16bit_slice;
2475         s->elements = 4 * 4;
2476         sizeof_uv = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2477         sizeof_ker = sizeof(uint16_t) * s->elements;
2478         break;
2479     default:
2480         av_assert0(0);
2481     }
2482
2483     ff_v360_init(s, depth);
2484
2485     for (int order = 0; order < NB_RORDERS; order++) {
2486         const char c = s->rorder[order];
2487         int rorder;
2488
2489         if (c == '\0') {
2490             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
2491                    "Incomplete rorder option. Direction for all 3 rotation orders should be specified.\n");
2492             return AVERROR(EINVAL);
2493         }
2494
2495         rorder = get_rorder(c);
2496         if (rorder == -1) {
2497             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
2498                    "Incorrect rotation order symbol '%c' in rorder option.\n", c);
2499             return AVERROR(EINVAL);
2500         }
2501
2502         s->rotation_order[order] = rorder;
2503     }
2504
2505     switch (s->in_stereo) {
2506     case STEREO_2D:
2507         w = inlink->w;
2508         h = inlink->h;
2509         in_offset_w = in_offset_h = 0;
2510         break;
2511     case STEREO_SBS:
2512         w = inlink->w / 2;
2513         h = inlink->h;
2514         in_offset_w = w;
2515         in_offset_h = 0;
2516         break;
2517     case STEREO_TB:
2518         w = inlink->w;
2519         h = inlink->h / 2;
2520         in_offset_w = 0;
2521         in_offset_h = h;
2522         break;
2523     default:
2524         av_assert0(0);
2525     }
2526
2527     set_dimensions(s->inplanewidth, s->inplaneheight, w, h, desc);
2528     set_dimensions(s->in_offset_w, s->in_offset_h, in_offset_w, in_offset_h, desc);
2529
2530     switch (s->in) {
2531     case EQUIRECTANGULAR:
2532         s->in_transform = xyz_to_equirect;
2533         err = 0;
2534         wf = w;
2535         hf = h;
2536         break;
2537     case CUBEMAP_3_2:
2538         s->in_transform = xyz_to_cube3x2;
2539         err = prepare_cube_in(ctx);
2540         wf = w / 3.f * 4.f;
2541         hf = h;
2542         break;
2543     case CUBEMAP_1_6:
2544         s->in_transform = xyz_to_cube1x6;
2545         err = prepare_cube_in(ctx);
2546         wf = w * 4.f;
2547         hf = h / 3.f;
2548         break;
2549     case CUBEMAP_6_1:
2550         s->in_transform = xyz_to_cube6x1;
2551         err = prepare_cube_in(ctx);
2552         wf = w / 3.f * 2.f;
2553         hf = h * 2.f;
2554         break;
2555     case EQUIANGULAR:
2556         s->in_transform = xyz_to_eac;
2557         err = prepare_eac_in(ctx);
2558         wf = w;
2559         hf = h / 9.f * 8.f;
2560         break;
2561     case FLAT:
2562         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Flat format is not accepted as input.\n");
2563         return AVERROR(EINVAL);
2564     case DUAL_FISHEYE:
2565         s->in_transform = xyz_to_dfisheye;
2566         err = 0;
2567         wf = w;
2568         hf = h;
2569         break;
2570     case BARREL:
2571         s->in_transform = xyz_to_barrel;
2572         err = 0;
2573         wf = w / 5.f * 4.f;
2574         hf = h;
2575         break;
2576     case STEREOGRAPHIC:
2577         s->in_transform = xyz_to_stereographic;
2578         err = 0;
2579         wf = w;
2580         hf = h / 2.f;
2581         break;
2582     case MERCATOR:
2583         s->in_transform = xyz_to_mercator;
2584         err = 0;
2585         wf = w;
2586         hf = h;
2587         break;
2588     case BALL:
2589         s->in_transform = xyz_to_ball;
2590         err = 0;
2591         wf = w;
2592         hf = h / 2.f;
2593         break;
2594     case HAMMER:
2595         s->in_transform = xyz_to_hammer;
2596         err = 0;
2597         wf = w;
2598         hf = h;
2599         break;
2600     default:
2601         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Specified input format is not handled.\n");
2602         return AVERROR_BUG;
2603     }
2604
2605     if (err != 0) {
2606         return err;
2607     }
2608
2609     switch (s->out) {
2610     case EQUIRECTANGULAR:
2611         s->out_transform = equirect_to_xyz;
2612         prepare_out = NULL;
2613         w = roundf(wf);
2614         h = roundf(hf);
2615         break;
2616     case CUBEMAP_3_2:
2617         s->out_transform = cube3x2_to_xyz;
2618         prepare_out = prepare_cube_out;
2619         w = roundf(wf / 4.f * 3.f);
2620         h = roundf(hf);
2621         break;
2622     case CUBEMAP_1_6:
2623         s->out_transform = cube1x6_to_xyz;
2624         prepare_out = prepare_cube_out;
2625         w = roundf(wf / 4.f);
2626         h = roundf(hf * 3.f);
2627         break;
2628     case CUBEMAP_6_1:
2629         s->out_transform = cube6x1_to_xyz;
2630         prepare_out = prepare_cube_out;
2631         w = roundf(wf / 2.f * 3.f);
2632         h = roundf(hf / 2.f);
2633         break;
2634     case EQUIANGULAR:
2635         s->out_transform = eac_to_xyz;
2636         prepare_out = prepare_eac_out;
2637         w = roundf(wf);
2638         h = roundf(hf / 8.f * 9.f);
2639         break;
2640     case FLAT:
2641         s->out_transform = flat_to_xyz;
2642         prepare_out = prepare_flat_out;
2643         w = roundf(wf);
2644         h = roundf(hf);
2645         break;
2646     case DUAL_FISHEYE:
2647         s->out_transform = dfisheye_to_xyz;
2648         prepare_out = NULL;
2649         w = roundf(wf);
2650         h = roundf(hf);
2651         break;
2652     case BARREL:
2653         s->out_transform = barrel_to_xyz;
2654         prepare_out = NULL;
2655         w = roundf(wf / 4.f * 5.f);
2656         h = roundf(hf);
2657         break;
2658     case STEREOGRAPHIC:
2659         s->out_transform = stereographic_to_xyz;
2660         prepare_out = prepare_stereographic_out;
2661         w = roundf(wf);
2662         h = roundf(hf * 2.f);
2663         break;
2664     case MERCATOR:
2665         s->out_transform = mercator_to_xyz;
2666         prepare_out = NULL;
2667         w = roundf(wf);
2668         h = roundf(hf);
2669         break;
2670     case BALL:
2671         s->out_transform = ball_to_xyz;
2672         prepare_out = NULL;
2673         w = roundf(wf);
2674         h = roundf(hf * 2.f);
2675         break;
2676     case HAMMER:
2677         s->out_transform = hammer_to_xyz;
2678         prepare_out = NULL;
2679         w = roundf(wf);
2680         h = roundf(hf);
2681         break;
2682     default:
2683         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Specified output format is not handled.\n");
2684         return AVERROR_BUG;
2685     }
2686
2687     // Override resolution with user values if specified
2688     if (s->width > 0 && s->height > 0) {
2689         w = s->width;
2690         h = s->height;
2691     } else if (s->width > 0 || s->height > 0) {
2692         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Both width and height values should be specified.\n");
2693         return AVERROR(EINVAL);
2694     } else {
2695         if (s->out_transpose)
2696             FFSWAP(int, w, h);
2697
2698         if (s->in_transpose)
2699             FFSWAP(int, w, h);
2700     }
2701
2702     if (s->d_fov > 0.f)
2703         fov_from_dfov(s, w, h);
2704
2705     if (prepare_out) {
2706         err = prepare_out(ctx);
2707         if (err != 0)
2708             return err;
2709     }
2710
2711     set_dimensions(s->pr_width, s->pr_height, w, h, desc);
2712
2713     switch (s->out_stereo) {
2714     case STEREO_2D:
2715         out_offset_w = out_offset_h = 0;
2716         break;
2717     case STEREO_SBS:
2718         out_offset_w = w;
2719         out_offset_h = 0;
2720         w *= 2;
2721         break;
2722     case STEREO_TB:
2723         out_offset_w = 0;
2724         out_offset_h = h;
2725         h *= 2;
2726         break;
2727     default:
2728         av_assert0(0);
2729     }
2730
2731     set_dimensions(s->out_offset_w, s->out_offset_h, out_offset_w, out_offset_h, desc);
2732     set_dimensions(s->planewidth, s->planeheight, w, h, desc);
2733
2734     for (int i = 0; i < 4; i++)
2735         s->uv_linesize[i] = FFALIGN(s->pr_width[i], 8);
2736
2737     outlink->h = h;
2738     outlink->w = w;
2739
2740     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
2741
2742     if (desc->log2_chroma_h == desc->log2_chroma_w && desc->log2_chroma_h == 0) {
2743         s->nb_allocated = 1;
2744         s->map[0] = s->map[1] = s->map[2] = s->map[3] = 0;
2745     } else {
2746         s->nb_allocated = 2;
2747         s->map[0] = 0;
2748         s->map[1] = s->map[2] = 1;
2749         s->map[3] = 0;
2750     }
2751
2752     for (int i = 0; i < s->nb_allocated; i++)
2753         allocate_plane(s, sizeof_uv, sizeof_ker, i);
2754
2755     calculate_rotation_matrix(s->yaw, s->pitch, s->roll, s->rot_mat, s->rotation_order);
2756     set_mirror_modifier(s->h_flip, s->v_flip, s->d_flip, s->output_mirror_modifier);
2757
2758     ctx->internal->execute(ctx, v360_slice, NULL, NULL, FFMIN(outlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
2759
2760     return 0;
2761 }
2762
2763 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
2764 {
2765     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
2766     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
2767     V360Context *s = ctx->priv;
2768     AVFrame *out;
2769     ThreadData td;
2770
2771     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
2772     if (!out) {
2773         av_frame_free(&in);
2774         return AVERROR(ENOMEM);
2775     }
2776     av_frame_copy_props(out, in);
2777
2778     td.in = in;
2779     td.out = out;
2780
2781     ctx->internal->execute(ctx, s->remap_slice, &td, NULL, FFMIN(outlink->h, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
2782
2783     av_frame_free(&in);
2784     return ff_filter_frame(outlink, out);
2785 }
2786
2787 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
2788 {
2789     V360Context *s = ctx->priv;
2790
2791     for (int p = 0; p < s->nb_allocated; p++) {
2792         av_freep(&s->u[p]);
2793         av_freep(&s->v[p]);
2794         av_freep(&s->ker[p]);
2795     }
2796 }
2797
2798 static const AVFilterPad inputs[] = {
2799     {
2800         .name         = "default",
2801         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
2802         .filter_frame = filter_frame,
2803     },
2804     { NULL }
2805 };
2806
2807 static const AVFilterPad outputs[] = {
2808     {
2809         .name         = "default",
2810         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
2811         .config_props = config_output,
2812     },
2813     { NULL }
2814 };
2815
2816 AVFilter ff_vf_v360 = {
2817     .name          = "v360",
2818     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert 360 projection of video."),
2819     .priv_size     = sizeof(V360Context),
2820     .uninit        = uninit,
2821     .query_formats = query_formats,
2822     .inputs        = inputs,
2823     .outputs       = outputs,
2824     .priv_class    = &v360_class,
2825     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
2826 };