libavfilter/vf_gradfun.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2010 Nolan Lum <nol888@gmail.com>
   3  * Copyright (c) 2009 Loren Merritt <lorenm@u.washington.edu>
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * gradfun debanding filter, ported from MPlayer
  25  * libmpcodecs/vf_gradfun.c
  26  *
  27  * Apply a boxblur debanding algorithm (based on the gradfun2db
  28  * AviSynth filter by prunedtree).
  29  * Foreach pixel, if it's within threshold of the blurred value, make it closer.
  30  * So now we have a smoothed and higher bitdepth version of all the shallow
  31  * gradients, while leaving detailed areas untouched.
  32  * Dither it back to 8bit.
  33  */
  34
  35 #include "libavutil/imgutils.h"
  36 #include "libavutil/common.h"
  37 #include "libavutil/cpu.h"
  38 #include "libavutil/opt.h"
  39 #include "libavutil/pixdesc.h"
  40 #include "avfilter.h"
  41 #include "formats.h"
  42 #include "gradfun.h"
  43 #include "internal.h"
  44 #include "video.h"
  45
  46 DECLARE_ALIGNED(16, static const uint16_t, dither)[8][8] = {
  47     {0x00,0x60,0x18,0x78,0x06,0x66,0x1E,0x7E},
  48     {0x40,0x20,0x58,0x38,0x46,0x26,0x5E,0x3E},
  49     {0x10,0x70,0x08,0x68,0x16,0x76,0x0E,0x6E},
  50     {0x50,0x30,0x48,0x28,0x56,0x36,0x4E,0x2E},
  51     {0x04,0x64,0x1C,0x7C,0x02,0x62,0x1A,0x7A},
  52     {0x44,0x24,0x5C,0x3C,0x42,0x22,0x5A,0x3A},
  53     {0x14,0x74,0x0C,0x6C,0x12,0x72,0x0A,0x6A},
  54     {0x54,0x34,0x4C,0x2C,0x52,0x32,0x4A,0x2A},
  55 };
  56
  57 void ff_gradfun_filter_line_c(uint8_t *dst, uint8_t *src, uint16_t *dc, int width, int thresh, const uint16_t *dithers)
  58 {
  59     int x;
  60     for (x = 0; x < width; dc += x & 1, x++) {
  61         int pix = src[x] << 7;
  62         int delta = dc[0] - pix;
  63         int m = abs(delta) * thresh >> 16;
  64         m = FFMAX(0, 127 - m);
  65         m = m * m * delta >> 14;
  66         pix += m + dithers[x & 7];
  67         dst[x] = av_clip_uint8(pix >> 7);
  68     }
  69 }
  70
  71 void ff_gradfun_blur_line_c(uint16_t *dc, uint16_t *buf, uint16_t *buf1, uint8_t *src, int src_linesize, int width)
  72 {
  73     int x, v, old;
  74     for (x = 0; x < width; x++) {
  75         v = buf1[x] + src[2 * x] + src[2 * x + 1] + src[2 * x + src_linesize] + src[2 * x + 1 + src_linesize];
  76         old = buf[x];
  77         buf[x] = v;
  78         dc[x] = v - old;
  79     }
  80 }
  81
  82 static void filter(GradFunContext *ctx, uint8_t *dst, uint8_t *src, int width, int height, int dst_linesize, int src_linesize, int r)
  83 {
  84     int bstride = FFALIGN(width, 16) / 2;
  85     int y;
  86     uint32_t dc_factor = (1 << 21) / (r * r);
  87     uint16_t *dc = ctx->buf + 16;
  88     uint16_t *buf = ctx->buf + bstride + 32;
  89     int thresh = ctx->thresh;
  90
  91     memset(dc, 0, (bstride + 16) * sizeof(*buf));
  92     for (y = 0; y < r; y++)
  93         ctx->blur_line(dc, buf + y * bstride, buf + (y - 1) * bstride, src + 2 * y * src_linesize, src_linesize, width / 2);
  94     for (;;) {
  95         if (y < height - r) {
  96             int mod = ((y + r) / 2) % r;
  97             uint16_t *buf0 = buf + mod * bstride;
  98             uint16_t *buf1 = buf + (mod ? mod - 1 : r - 1) * bstride;
  99             int x, v;
 100             ctx->blur_line(dc, buf0, buf1, src + (y + r) * src_linesize, src_linesize, width / 2);
 101             for (x = v = 0; x < r; x++)
 102                 v += dc[x];
 103             for (; x < width / 2; x++) {
 104                 v += dc[x] - dc[x-r];
 105                 dc[x-r] = v * dc_factor >> 16;
 106             }
 107             for (; x < (width + r + 1) / 2; x++)
 108                 dc[x-r] = v * dc_factor >> 16;
 109             for (x = -r / 2; x < 0; x++)
 110                 dc[x] = dc[0];
 111         }
 112         if (y == r) {
 113             for (y = 0; y < r; y++)
 114                 ctx->filter_line(dst + y * dst_linesize, src + y * src_linesize, dc - r / 2, width, thresh, dither[y & 7]);
 115         }
 116         ctx->filter_line(dst + y * dst_linesize, src + y * src_linesize, dc - r / 2, width, thresh, dither[y & 7]);
 117         if (++y >= height) break;
 118         ctx->filter_line(dst + y * dst_linesize, src + y * src_linesize, dc - r / 2, width, thresh, dither[y & 7]);
 119         if (++y >= height) break;
 120     }
 121 }
 122
 123 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 124 {
 125     GradFunContext *s = ctx->priv;
 126
 127     s->thresh  = (1 << 15) / s->strength;
 128     s->radius &= ~1;
 129
 130     s->blur_line = ff_gradfun_blur_line_c;
 131     s->filter_line = ff_gradfun_filter_line_c;
 132
 133     if (ARCH_X86)
 134         ff_gradfun_init_x86(s);
 135
 136     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "threshold:%.2f radius:%d\n", s->strength, s->radius);
 137
 138     return 0;
 139 }
 140
 141 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 142 {
 143     GradFunContext *s = ctx->priv;
 144     av_freep(&s->buf);
 145 }
 146
 147 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 148 {
 149     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
 150         AV_PIX_FMT_YUV410P,            AV_PIX_FMT_YUV420P,
 151         AV_PIX_FMT_GRAY8,              AV_PIX_FMT_NV12,
 152         AV_PIX_FMT_NV21,               AV_PIX_FMT_YUV444P,
 153         AV_PIX_FMT_YUV422P,            AV_PIX_FMT_YUV411P,
 154         AV_PIX_FMT_NONE
 155     };
 156
 157     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
 158
 159     return 0;
 160 }
 161
 162 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
 163 {
 164     GradFunContext *s = inlink->dst->priv;
 165     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 166     int hsub = desc->log2_chroma_w;
 167     int vsub = desc->log2_chroma_h;
 168
 169     av_freep(&s->buf);
 170     s->buf = av_mallocz((FFALIGN(inlink->w, 16) * (s->radius + 1) / 2 + 32) * sizeof(uint16_t));
 171     if (!s->buf)
 172         return AVERROR(ENOMEM);
 173
 174     s->chroma_w = -((-inlink->w) >> hsub);
 175     s->chroma_h = -((-inlink->h) >> vsub);
 176     s->chroma_r = av_clip(((((s->radius >> hsub) + (s->radius >> vsub)) / 2 ) + 1) & ~1, 4, 32);
 177
 178     return 0;
 179 }
 180
 181 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
 182 {
 183     GradFunContext *s = inlink->dst->priv;
 184     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
 185     AVFrame *out;
 186     int p, direct;
 187
 188     if (av_frame_is_writable(in)) {
 189         direct = 1;
 190         out = in;
 191     } else {
 192         direct = 0;
 193         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 194         if (!out) {
 195             av_frame_free(&in);
 196             return AVERROR(ENOMEM);
 197         }
 198
 199         av_frame_copy_props(out, in);
 200         out->width  = outlink->w;
 201         out->height = outlink->h;
 202     }
 203
 204     for (p = 0; p < 4 && in->data[p]; p++) {
 205         int w = inlink->w;
 206         int h = inlink->h;
 207         int r = s->radius;
 208         if (p) {
 209             w = s->chroma_w;
 210             h = s->chroma_h;
 211             r = s->chroma_r;
 212         }
 213
 214         if (FFMIN(w, h) > 2 * r)
 215             filter(s, out->data[p], in->data[p], w, h, out->linesize[p], in->linesize[p], r);
 216         else if (out->data[p] != in->data[p])
 217             av_image_copy_plane(out->data[p], out->linesize[p], in->data[p], in->linesize[p], w, h);
 218     }
 219
 220     if (!direct)
 221         av_frame_free(&in);
 222
 223     return ff_filter_frame(outlink, out);
 224 }
 225
 226 #define OFFSET(x) offsetof(GradFunContext, x)
 227 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
 228 static const AVOption options[] = {
 229     { "strength", "The maximum amount by which the filter will change any one pixel.", OFFSET(strength), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 1.2 }, 0.51, 64, FLAGS },
 230     { "radius",   "The neighborhood to fit the gradient to.",                          OFFSET(radius),   AV_OPT_TYPE_INT,   { .i64 = 16  }, 4,    32, FLAGS },
 231     { NULL },
 232 };
 233
 234 static const AVClass gradfun_class = {
 235     .class_name = "gradfun",
 236     .item_name  = av_default_item_name,
 237     .option     = options,
 238     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 239 };
 240
 241 static const AVFilterPad avfilter_vf_gradfun_inputs[] = {
 242     {
 243         .name         = "default",
 244         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 245         .config_props = config_input,
 246         .filter_frame = filter_frame,
 247     },
 248     { NULL }
 249 };
 250
 251 static const AVFilterPad avfilter_vf_gradfun_outputs[] = {
 252     {
 253         .name = "default",
 254         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 255     },
 256     { NULL }
 257 };
 258
 259 AVFilter ff_vf_gradfun = {
 260     .name          = "gradfun",
 261     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Debands video quickly using gradients."),
 262     .priv_size     = sizeof(GradFunContext),
 263     .priv_class    = &gradfun_class,
 264     .init          = init,
 265     .uninit        = uninit,
 266     .query_formats = query_formats,
 267
 268     .inputs    = avfilter_vf_gradfun_inputs,
 269     .outputs   = avfilter_vf_gradfun_outputs,
 270 };