libavfilter/vf_varblur.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2021 Paul B Mahol
   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 #include "libavutil/imgutils.h"
  22 #include "libavutil/opt.h"
  23 #include "libavutil/pixdesc.h"
  24 #include "avfilter.h"
  25 #include "framesync.h"
  26 #include "internal.h"
  27 #include "video.h"
  28
  29 typedef struct VarBlurContext {
  30     const AVClass *class;
  31     FFFrameSync fs;
  32
  33     int min_radius;
  34     int max_radius;
  35     int planes;
  36
  37     int depth;
  38     int planewidth[4];
  39     int planeheight[4];
  40
  41     uint8_t *sat[4];
  42     int sat_linesize[4];
  43     int nb_planes;
  44
  45     void (*compute_sat)(const uint8_t *ssrc,
  46                         int linesize,
  47                         int w, int h,
  48                         uint8_t *dstp,
  49                         int dst_linesize);
  50
  51     int (*blur_plane)(AVFilterContext *ctx,
  52                       uint8_t *ddst,
  53                       int ddst_linesize,
  54                       const uint8_t *rrptr,
  55                       int rrptr_linesize,
  56                       int w, int h,
  57                       const uint8_t *pptr,
  58                       int pptr_linesize,
  59                       int slice_start, int slice_end);
  60 } VarBlurContext;
  61
  62 #define OFFSET(x) offsetof(VarBlurContext, x)
  63 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_RUNTIME_PARAM
  64
  65 static const AVOption varblur_options[] = {
  66     { "min_r",  "set min blur radius",  OFFSET(min_radius), AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=0},     0, 254, FLAGS },
  67     { "max_r",  "set max blur radius",  OFFSET(max_radius), AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=8},     1, 255, FLAGS },
  68     { "planes", "set planes to filter", OFFSET(planes),     AV_OPT_TYPE_INT,   {.i64=0xF},   0, 0xF, FLAGS },
  69     { NULL }
  70 };
  71
  72 FRAMESYNC_DEFINE_CLASS(varblur, VarBlurContext, fs);
  73
  74 static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  75     AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
  76     AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
  77     AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
  78     AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
  79     AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  80     AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  81     AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  82     AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12, AV_PIX_FMT_YUV440P12,
  83     AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
  84     AV_PIX_FMT_YUV420P16, AV_PIX_FMT_YUV422P16, AV_PIX_FMT_YUV444P16,
  85     AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
  86     AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
  87     AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P12,
  88     AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
  89     AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10,
  90     AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14, AV_PIX_FMT_GBRP16,
  91     AV_PIX_FMT_GBRAP, AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
  92     AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY14, AV_PIX_FMT_GRAY16,
  93     AV_PIX_FMT_GBRPF32, AV_PIX_FMT_GBRAPF32,
  94     AV_PIX_FMT_NONE
  95 };
  96
  97 #define COMPUTE_SAT(type, stype, depth)              \
  98 static void compute_sat##depth(const uint8_t *ssrc,  \
  99                                int linesize,         \
 100                                int w, int h,         \
 101                                uint8_t *dstp,        \
 102                                int dst_linesize)     \
 103 {                                                    \
 104     const type *src = (const type *)ssrc;            \
 105     stype *dst = (stype *)dstp;                      \
 106                                                      \
 107     linesize /= (depth / 8);                         \
 108     dst_linesize /= sizeof(stype);                   \
 109     dst += dst_linesize;                             \
 110                                                      \
 111     for (int y = 0; y < h; y++) {                    \
 112         stype sum = 0;                               \
 113                                                      \
 114         for (int x = 1; x < w; x++) {                \
 115             sum += src[x - 1];                       \
 116             dst[x] = sum + dst[x - dst_linesize];    \
 117         }                                            \
 118                                                      \
 119         src += linesize;                             \
 120         dst += dst_linesize;                         \
 121     }                                                \
 122 }
 123
 124 COMPUTE_SAT(uint8_t,  uint32_t, 8)
 125 COMPUTE_SAT(uint16_t, uint64_t, 16)
 126 COMPUTE_SAT(float,    double,   32)
 127
 128 typedef struct ThreadData {
 129     AVFrame *in, *out, *radius;
 130 } ThreadData;
 131
 132 static float lerpf(float v0, float v1, float f)
 133 {
 134     return v0 + (v1 - v0) * f;
 135 }
 136
 137 #define BLUR_PLANE(type, stype, bits)                          \
 138 static int blur_plane##bits(AVFilterContext *ctx,              \
 139                             uint8_t *ddst,                     \
 140                             int ddst_linesize,                 \
 141                             const uint8_t *rrptr,              \
 142                             int rrptr_linesize,                \
 143                             int w, int h,                      \
 144                             const uint8_t *pptr,               \
 145                             int pptr_linesize,                 \
 146                             int slice_start, int slice_end)    \
 147 {                                                              \
 148     VarBlurContext *s = ctx->priv;                             \
 149     const int ddepth = (bits == 32) ? 1 : s->depth;            \
 150     const int dst_linesize = ddst_linesize / (bits / 8);       \
 151     const int ptr_linesize = pptr_linesize / sizeof(stype);    \
 152     const int rptr_linesize = rrptr_linesize / (bits / 8);     \
 153     const type *rptr = ((const type *)rrptr) + slice_start * rptr_linesize; \
 154     type *dst = ((type *)ddst) + slice_start * dst_linesize;   \
 155     const stype *ptr = (stype *)pptr;                          \
 156     const float minr = 2.f * s->min_radius + 1.f;              \
 157     const float maxr = 2.f * s->max_radius + 1.f;              \
 158     const float scaler = (maxr - minr) / ((1 << ddepth) - 1);  \
 159                                                                \
 160     for (int y = slice_start; y < slice_end; y++) {            \
 161         for (int x = 0; x < w; x++) {                          \
 162             const float radiusf = minr + (FFMAX(0.f, 2 * rptr[x] + 1 - minr)) * scaler; \
 163             const int radius = floorf(radiusf);                \
 164             const float factor = radiusf - radius;             \
 165             const int nradius = radius + 1;                    \
 166             const int l = FFMIN(radius, x);                    \
 167             const int r = FFMIN(radius, w - x - 1);            \
 168             const int t = FFMIN(radius, y);                    \
 169             const int b = FFMIN(radius, h - y - 1);            \
 170             const int nl = FFMIN(nradius, x);                  \
 171             const int nr = FFMIN(nradius, w - x - 1);          \
 172             const int nt = FFMIN(nradius, y);                  \
 173             const int nb = FFMIN(nradius, h - y - 1);          \
 174             stype tl = ptr[(y - t) * ptr_linesize + x - l];    \
 175             stype tr = ptr[(y - t) * ptr_linesize + x + r];    \
 176             stype bl = ptr[(y + b) * ptr_linesize + x - l];    \
 177             stype br = ptr[(y + b) * ptr_linesize + x + r];    \
 178             stype ntl = ptr[(y - nt) * ptr_linesize + x - nl]; \
 179             stype ntr = ptr[(y - nt) * ptr_linesize + x + nr]; \
 180             stype nbl = ptr[(y + nb) * ptr_linesize + x - nl]; \
 181             stype nbr = ptr[(y + nb) * ptr_linesize + x + nr]; \
 182             stype div = (l + r) * (t + b);                     \
 183             stype ndiv = (nl + nr) * (nt + nb);                \
 184             stype p0 = (br + tl - bl - tr) / div;              \
 185             stype n0 = (nbr + ntl - nbl - ntr) / ndiv;         \
 186                                                                \
 187             if (bits == 32)                                    \
 188                 dst[x] = lerpf(p0, n0, factor);                \
 189             else                                               \
 190                 dst[x] = av_clip_uintp2_c(lrintf(              \
 191                                       lerpf(p0, n0, factor)),  \
 192                                       ddepth);                 \
 193         }                                                      \
 194                                                                \
 195         rptr += rptr_linesize;                                 \
 196         dst  += dst_linesize;                                  \
 197     }                                                          \
 198                                                                \
 199     return 0;                                                  \
 200 }
 201
 202 BLUR_PLANE(uint8_t,  uint32_t, 8)
 203 BLUR_PLANE(uint16_t, uint64_t, 16)
 204 BLUR_PLANE(float,    double,   32)
 205
 206 static int blur_planes(AVFilterContext *ctx, void *arg,
 207                        int jobnr, int nb_jobs)
 208 {
 209     VarBlurContext *s = ctx->priv;
 210     ThreadData *td = arg;
 211     AVFrame *radius = td->radius;
 212     AVFrame *out = td->out;
 213     AVFrame *in = td->in;
 214
 215     for (int plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 216         const int height = s->planeheight[plane];
 217         const int slice_start = (height * jobnr) / nb_jobs;
 218         const int slice_end = (height * (jobnr+1)) / nb_jobs;
 219         const int width = s->planewidth[plane];
 220         const int linesize = in->linesize[plane];
 221         const int dst_linesize = out->linesize[plane];
 222         const uint8_t *rptr = radius->data[plane];
 223         const int rptr_linesize = radius->linesize[plane];
 224         uint8_t *ptr = s->sat[plane];
 225         const int ptr_linesize = s->sat_linesize[plane];
 226         const uint8_t *src = in->data[plane];
 227         uint8_t *dst = out->data[plane];
 228
 229         if (!(s->planes & (1 << plane))) {
 230             if (out != in)
 231                 av_image_copy_plane(dst + slice_start * dst_linesize,
 232                                     dst_linesize,
 233                                     src + slice_start * linesize,
 234                                     linesize,
 235                                     width * ((s->depth + 7) / 8),
 236                                     slice_end - slice_start);
 237             continue;
 238         }
 239
 240         s->blur_plane(ctx, dst, dst_linesize,
 241                       rptr, rptr_linesize,
 242                       width, height,
 243                       ptr, ptr_linesize,
 244                       slice_start, slice_end);
 245     }
 246
 247     return 0;
 248 }
 249
 250 static int blur_frame(AVFilterContext *ctx, AVFrame *in, AVFrame *radius)
 251 {
 252     VarBlurContext *s = ctx->priv;
 253     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
 254     ThreadData td;
 255     AVFrame *out;
 256
 257     if (av_frame_is_writable(in)) {
 258         out = in;
 259     } else {
 260         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 261         if (!out) {
 262             av_frame_free(&in);
 263             return AVERROR(ENOMEM);
 264         }
 265         av_frame_copy_props(out, in);
 266     }
 267
 268     for (int plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
 269         const int height = s->planeheight[plane];
 270         const int width = s->planewidth[plane];
 271         const int linesize = in->linesize[plane];
 272         uint8_t *ptr = s->sat[plane];
 273         const int ptr_linesize = s->sat_linesize[plane];
 274         const uint8_t *src = in->data[plane];
 275
 276         if (!(s->planes & (1 << plane)))
 277             continue;
 278
 279         s->compute_sat(src, linesize, width, height, ptr, ptr_linesize);
 280     }
 281
 282     td.in = in;
 283     td.out = out;
 284     td.radius = radius;
 285     ff_filter_execute(ctx, blur_planes, &td, NULL,
 286                       FFMIN(s->planeheight[1], ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
 287
 288     if (out != in)
 289         av_frame_free(&in);
 290     return ff_filter_frame(outlink, out);
 291 }
 292
 293 static int activate(AVFilterContext *ctx)
 294 {
 295     VarBlurContext *s = ctx->priv;
 296     return ff_framesync_activate(&s->fs);
 297 }
 298
 299 static int varblur_frame(FFFrameSync *fs)
 300 {
 301     AVFilterContext *ctx = fs->parent;
 302     VarBlurContext *s = ctx->priv;
 303     AVFrame *in, *radius;
 304     int ret;
 305
 306     if (s->max_radius <= s->min_radius)
 307         s->max_radius = s->min_radius + 1;
 308
 309     ret = ff_framesync_dualinput_get(fs, &in, &radius);
 310     if (ret < 0)
 311         return ret;
 312     if (!radius)
 313         return ff_filter_frame(ctx->outputs[0], in);
 314     return blur_frame(ctx, in, radius);
 315 }
 316
 317 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 318 {
 319     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 320     AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
 321     AVFilterLink *radiuslink = ctx->inputs[1];
 322     VarBlurContext *s = ctx->priv;
 323     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(outlink->format);
 324     int ret;
 325
 326     if (inlink->w != radiuslink->w || inlink->h != radiuslink->h) {
 327         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "First input link %s parameters "
 328                "(size %dx%d) do not match the corresponding "
 329                "second input link %s parameters (size %dx%d)\n",
 330                ctx->input_pads[0].name, inlink->w, inlink->h,
 331                ctx->input_pads[1].name, radiuslink->w, radiuslink->h);
 332         return AVERROR(EINVAL);
 333     }
 334
 335     outlink->w = inlink->w;
 336     outlink->h = inlink->h;
 337     outlink->time_base = inlink->time_base;
 338     outlink->sample_aspect_ratio = inlink->sample_aspect_ratio;
 339     outlink->frame_rate = inlink->frame_rate;
 340
 341     s->depth = desc->comp[0].depth;
 342     s->blur_plane = s->depth <= 8 ? blur_plane8 : s->depth <= 16 ? blur_plane16 : blur_plane32;
 343     s->compute_sat = s->depth <= 8 ? compute_sat8 : s->depth <= 16 ? compute_sat16 : compute_sat32;
 344
 345     s->planewidth[1]  = s->planewidth[2]  = AV_CEIL_RSHIFT(outlink->w, desc->log2_chroma_w);
 346     s->planewidth[0]  = s->planewidth[3]  = outlink->w;
 347     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(outlink->h, desc->log2_chroma_h);
 348     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = outlink->h;
 349
 350     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(outlink->format);
 351
 352     for (int p = 0; p < s->nb_planes; p++) {
 353         s->sat_linesize[p] = (outlink->w + 1) * (4 + 4 * (s->depth > 8));
 354         s->sat[p] = av_calloc(s->sat_linesize[p], outlink->h + 1);
 355         if (!s->sat[p])
 356             return AVERROR(ENOMEM);
 357     }
 358
 359     s->fs.on_event = varblur_frame;
 360     if ((ret = ff_framesync_init_dualinput(&s->fs, ctx)) < 0)
 361         return ret;
 362
 363     ret = ff_framesync_configure(&s->fs);
 364     outlink->time_base = s->fs.time_base;
 365
 366     return ret;
 367 }
 368
 369 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 370 {
 371     VarBlurContext *s = ctx->priv;
 372
 373     ff_framesync_uninit(&s->fs);
 374     for (int p = 0; p < 4; p++)
 375         av_freep(&s->sat[p]);
 376 }
 377
 378 static const AVFilterPad varblur_inputs[] = {
 379     {
 380         .name = "default",
 381         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 382     },
 383     {
 384         .name = "radius",
 385         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 386     },
 387 };
 388
 389 static const AVFilterPad varblur_outputs[] = {
 390     {
 391         .name         = "default",
 392         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 393         .config_props = config_output,
 394     },
 395 };
 396
 397 const AVFilter ff_vf_varblur = {
 398     .name          = "varblur",
 399     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Variable Blur filter."),
 400     .priv_size     = sizeof(VarBlurContext),
 401     .priv_class    = &varblur_class,
 402     .activate      = activate,
 403     .preinit       = varblur_framesync_preinit,
 404     .uninit        = uninit,
 405     FILTER_INPUTS(varblur_inputs),
 406     FILTER_OUTPUTS(varblur_outputs),
 407     FILTER_PIXFMTS_ARRAY(pix_fmts),
 408     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL |
 409                      AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
 410     .process_command = ff_filter_process_command,
 411 };