bf063d7719b20170537d483698a5d37a052152d0
[platform/framework/web/crosswalk.git] / src / skia / ext / image_operations.cc
1 // Copyright (c) 2012 The Chromium Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style license that can be
3 // found in the LICENSE file.
4
5 #define _USE_MATH_DEFINES
6 #include <algorithm>
7 #include <cmath>
8 #include <limits>
9
10 #include "skia/ext/image_operations.h"
11
12 // TODO(pkasting): skia/ext should not depend on base/!
13 #include "base/containers/stack_container.h"
14 #include "base/debug/trace_event.h"
15 #include "base/logging.h"
16 #include "base/metrics/histogram.h"
17 #include "base/time/time.h"
18 #include "build/build_config.h"
19 #include "skia/ext/convolver.h"
20 #include "third_party/skia/include/core/SkColorPriv.h"
21 #include "third_party/skia/include/core/SkFontHost.h"
22 #include "third_party/skia/include/core/SkRect.h"
23
24 namespace skia {
25
26 namespace {
27
28 // Returns the ceiling/floor as an integer.
29 inline int CeilInt(float val) {
30   return static_cast<int>(ceil(val));
31 }
32 inline int FloorInt(float val) {
33   return static_cast<int>(floor(val));
34 }
35
36 // Filter function computation -------------------------------------------------
37
38 // Evaluates the box filter, which goes from -0.5 to +0.5.
39 float EvalBox(float x) {
40   return (x >= -0.5f && x < 0.5f) ? 1.0f : 0.0f;
41 }
42
43 // Evaluates the Lanczos filter of the given filter size window for the given
44 // position.
45 //
46 // |filter_size| is the width of the filter (the "window"), outside of which
47 // the value of the function is 0. Inside of the window, the value is the
48 // normalized sinc function:
49 //   lanczos(x) = sinc(x) * sinc(x / filter_size);
50 // where
51 //   sinc(x) = sin(pi*x) / (pi*x);
52 float EvalLanczos(int filter_size, float x) {
53   if (x <= -filter_size || x >= filter_size)
54     return 0.0f;  // Outside of the window.
55   if (x > -std::numeric_limits<float>::epsilon() &&
56       x < std::numeric_limits<float>::epsilon())
57     return 1.0f;  // Special case the discontinuity at the origin.
58   float xpi = x * static_cast<float>(M_PI);
59   return (sin(xpi) / xpi) *  // sinc(x)
60           sin(xpi / filter_size) / (xpi / filter_size);  // sinc(x/filter_size)
61 }
62
63 // Evaluates the Hamming filter of the given filter size window for the given
64 // position.
65 //
66 // The filter covers [-filter_size, +filter_size]. Outside of this window
67 // the value of the function is 0. Inside of the window, the value is sinus
68 // cardinal multiplied by a recentered Hamming function. The traditional
69 // Hamming formula for a window of size N and n ranging in [0, N-1] is:
70 //   hamming(n) = 0.54 - 0.46 * cos(2 * pi * n / (N-1)))
71 // In our case we want the function centered for x == 0 and at its minimum
72 // on both ends of the window (x == +/- filter_size), hence the adjusted
73 // formula:
74 //   hamming(x) = (0.54 -
75 //                 0.46 * cos(2 * pi * (x - filter_size)/ (2 * filter_size)))
76 //              = 0.54 - 0.46 * cos(pi * x / filter_size - pi)
77 //              = 0.54 + 0.46 * cos(pi * x / filter_size)
78 float EvalHamming(int filter_size, float x) {
79   if (x <= -filter_size || x >= filter_size)
80     return 0.0f;  // Outside of the window.
81   if (x > -std::numeric_limits<float>::epsilon() &&
82       x < std::numeric_limits<float>::epsilon())
83     return 1.0f;  // Special case the sinc discontinuity at the origin.
84   const float xpi = x * static_cast<float>(M_PI);
85
86   return ((sin(xpi) / xpi) *  // sinc(x)
87           (0.54f + 0.46f * cos(xpi / filter_size)));  // hamming(x)
88 }
89
90 // ResizeFilter ----------------------------------------------------------------
91
92 // Encapsulates computation and storage of the filters required for one complete
93 // resize operation.
94 class ResizeFilter {
95  public:
96   ResizeFilter(ImageOperations::ResizeMethod method,
97                int src_full_width, int src_full_height,
98                int dest_width, int dest_height,
99                const SkIRect& dest_subset);
100
101   // Returns the filled filter values.
102   const ConvolutionFilter1D& x_filter() { return x_filter_; }
103   const ConvolutionFilter1D& y_filter() { return y_filter_; }
104
105  private:
106   // Returns the number of pixels that the filer spans, in filter space (the
107   // destination image).
108   float GetFilterSupport(float scale) {
109     switch (method_) {
110       case ImageOperations::RESIZE_BOX:
111         // The box filter just scales with the image scaling.
112         return 0.5f;  // Only want one side of the filter = /2.
113       case ImageOperations::RESIZE_HAMMING1:
114         // The Hamming filter takes as much space in the source image in
115         // each direction as the size of the window = 1 for Hamming1.
116         return 1.0f;
117       case ImageOperations::RESIZE_LANCZOS2:
118         // The Lanczos filter takes as much space in the source image in
119         // each direction as the size of the window = 2 for Lanczos2.
120         return 2.0f;
121       case ImageOperations::RESIZE_LANCZOS3:
122         // The Lanczos filter takes as much space in the source image in
123         // each direction as the size of the window = 3 for Lanczos3.
124         return 3.0f;
125       default:
126         NOTREACHED();
127         return 1.0f;
128     }
129   }
130
131   // Computes one set of filters either horizontally or vertically. The caller
132   // will specify the "min" and "max" rather than the bottom/top and
133   // right/bottom so that the same code can be re-used in each dimension.
134   //
135   // |src_depend_lo| and |src_depend_size| gives the range for the source
136   // depend rectangle (horizontally or vertically at the caller's discretion
137   // -- see above for what this means).
138   //
139   // Likewise, the range of destination values to compute and the scale factor
140   // for the transform is also specified.
141   void ComputeFilters(int src_size,
142                       int dest_subset_lo, int dest_subset_size,
143                       float scale,
144                       ConvolutionFilter1D* output);
145
146   // Computes the filter value given the coordinate in filter space.
147   inline float ComputeFilter(float pos) {
148     switch (method_) {
149       case ImageOperations::RESIZE_BOX:
150         return EvalBox(pos);
151       case ImageOperations::RESIZE_HAMMING1:
152         return EvalHamming(1, pos);
153       case ImageOperations::RESIZE_LANCZOS2:
154         return EvalLanczos(2, pos);
155       case ImageOperations::RESIZE_LANCZOS3:
156         return EvalLanczos(3, pos);
157       default:
158         NOTREACHED();
159         return 0;
160     }
161   }
162
163   ImageOperations::ResizeMethod method_;
164
165   // Size of the filter support on one side only in the destination space.
166   // See GetFilterSupport.
167   float x_filter_support_;
168   float y_filter_support_;
169
170   // Subset of scaled destination bitmap to compute.
171   SkIRect out_bounds_;
172
173   ConvolutionFilter1D x_filter_;
174   ConvolutionFilter1D y_filter_;
175
176   DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(ResizeFilter);
177 };
178
179 ResizeFilter::ResizeFilter(ImageOperations::ResizeMethod method,
180                            int src_full_width, int src_full_height,
181                            int dest_width, int dest_height,
182                            const SkIRect& dest_subset)
183     : method_(method),
184       out_bounds_(dest_subset) {
185   // method_ will only ever refer to an "algorithm method".
186   SkASSERT((ImageOperations::RESIZE_FIRST_ALGORITHM_METHOD <= method) &&
187            (method <= ImageOperations::RESIZE_LAST_ALGORITHM_METHOD));
188
189   float scale_x = static_cast<float>(dest_width) /
190                   static_cast<float>(src_full_width);
191   float scale_y = static_cast<float>(dest_height) /
192                   static_cast<float>(src_full_height);
193
194   ComputeFilters(src_full_width, dest_subset.fLeft, dest_subset.width(),
195                  scale_x, &x_filter_);
196   ComputeFilters(src_full_height, dest_subset.fTop, dest_subset.height(),
197                  scale_y, &y_filter_);
198 }
199
200 // TODO(egouriou): Take advantage of periods in the convolution.
201 // Practical resizing filters are periodic outside of the border area.
202 // For Lanczos, a scaling by a (reduced) factor of p/q (q pixels in the
203 // source become p pixels in the destination) will have a period of p.
204 // A nice consequence is a period of 1 when downscaling by an integral
205 // factor. Downscaling from typical display resolutions is also bound
206 // to produce interesting periods as those are chosen to have multiple
207 // small factors.
208 // Small periods reduce computational load and improve cache usage if
209 // the coefficients can be shared. For periods of 1 we can consider
210 // loading the factors only once outside the borders.
211 void ResizeFilter::ComputeFilters(int src_size,
212                                   int dest_subset_lo, int dest_subset_size,
213                                   float scale,
214                                   ConvolutionFilter1D* output) {
215   int dest_subset_hi = dest_subset_lo + dest_subset_size;  // [lo, hi)
216
217   // When we're doing a magnification, the scale will be larger than one. This
218   // means the destination pixels are much smaller than the source pixels, and
219   // that the range covered by the filter won't necessarily cover any source
220   // pixel boundaries. Therefore, we use these clamped values (max of 1) for
221   // some computations.
222   float clamped_scale = std::min(1.0f, scale);
223
224   // This is how many source pixels from the center we need to count
225   // to support the filtering function.
226   float src_support = GetFilterSupport(clamped_scale) / clamped_scale;
227
228   // Speed up the divisions below by turning them into multiplies.
229   float inv_scale = 1.0f / scale;
230
231   base::StackVector<float, 64> filter_values;
232   base::StackVector<int16, 64> fixed_filter_values;
233
234   // Loop over all pixels in the output range. We will generate one set of
235   // filter values for each one. Those values will tell us how to blend the
236   // source pixels to compute the destination pixel.
237   for (int dest_subset_i = dest_subset_lo; dest_subset_i < dest_subset_hi;
238        dest_subset_i++) {
239     // Reset the arrays. We don't declare them inside so they can re-use the
240     // same malloc-ed buffer.
241     filter_values->clear();
242     fixed_filter_values->clear();
243
244     // This is the pixel in the source directly under the pixel in the dest.
245     // Note that we base computations on the "center" of the pixels. To see
246     // why, observe that the destination pixel at coordinates (0, 0) in a 5.0x
247     // downscale should "cover" the pixels around the pixel with *its center*
248     // at coordinates (2.5, 2.5) in the source, not those around (0, 0).
249     // Hence we need to scale coordinates (0.5, 0.5), not (0, 0).
250     float src_pixel = (static_cast<float>(dest_subset_i) + 0.5f) * inv_scale;
251
252     // Compute the (inclusive) range of source pixels the filter covers.
253     int src_begin = std::max(0, FloorInt(src_pixel - src_support));
254     int src_end = std::min(src_size - 1, CeilInt(src_pixel + src_support));
255
256     // Compute the unnormalized filter value at each location of the source
257     // it covers.
258     float filter_sum = 0.0f;  // Sub of the filter values for normalizing.
259     for (int cur_filter_pixel = src_begin; cur_filter_pixel <= src_end;
260          cur_filter_pixel++) {
261       // Distance from the center of the filter, this is the filter coordinate
262       // in source space. We also need to consider the center of the pixel
263       // when comparing distance against 'src_pixel'. In the 5x downscale
264       // example used above the distance from the center of the filter to
265       // the pixel with coordinates (2, 2) should be 0, because its center
266       // is at (2.5, 2.5).
267       float src_filter_dist =
268           ((static_cast<float>(cur_filter_pixel) + 0.5f) - src_pixel);
269
270       // Since the filter really exists in dest space, map it there.
271       float dest_filter_dist = src_filter_dist * clamped_scale;
272
273       // Compute the filter value at that location.
274       float filter_value = ComputeFilter(dest_filter_dist);
275       filter_values->push_back(filter_value);
276
277       filter_sum += filter_value;
278     }
279     DCHECK(!filter_values->empty()) << "We should always get a filter!";
280
281     // The filter must be normalized so that we don't affect the brightness of
282     // the image. Convert to normalized fixed point.
283     int16 fixed_sum = 0;
284     for (size_t i = 0; i < filter_values->size(); i++) {
285       int16 cur_fixed = output->FloatToFixed(filter_values[i] / filter_sum);
286       fixed_sum += cur_fixed;
287       fixed_filter_values->push_back(cur_fixed);
288     }
289
290     // The conversion to fixed point will leave some rounding errors, which
291     // we add back in to avoid affecting the brightness of the image. We
292     // arbitrarily add this to the center of the filter array (this won't always
293     // be the center of the filter function since it could get clipped on the
294     // edges, but it doesn't matter enough to worry about that case).
295     int16 leftovers = output->FloatToFixed(1.0f) - fixed_sum;
296     fixed_filter_values[fixed_filter_values->size() / 2] += leftovers;
297
298     // Now it's ready to go.
299     output->AddFilter(src_begin, &fixed_filter_values[0],
300                       static_cast<int>(fixed_filter_values->size()));
301   }
302
303   output->PaddingForSIMD();
304 }
305
306 ImageOperations::ResizeMethod ResizeMethodToAlgorithmMethod(
307     ImageOperations::ResizeMethod method) {
308   // Convert any "Quality Method" into an "Algorithm Method"
309   if (method >= ImageOperations::RESIZE_FIRST_ALGORITHM_METHOD &&
310       method <= ImageOperations::RESIZE_LAST_ALGORITHM_METHOD) {
311     return method;
312   }
313   // The call to ImageOperationsGtv::Resize() above took care of
314   // GPU-acceleration in the cases where it is possible. So now we just
315   // pick the appropriate software method for each resize quality.
316   switch (method) {
317     // Users of RESIZE_GOOD are willing to trade a lot of quality to
318     // get speed, allowing the use of linear resampling to get hardware
319     // acceleration (SRB). Hence any of our "good" software filters
320     // will be acceptable, and we use the fastest one, Hamming-1.
321     case ImageOperations::RESIZE_GOOD:
322       // Users of RESIZE_BETTER are willing to trade some quality in order
323       // to improve performance, but are guaranteed not to devolve to a linear
324       // resampling. In visual tests we see that Hamming-1 is not as good as
325       // Lanczos-2, however it is about 40% faster and Lanczos-2 itself is
326       // about 30% faster than Lanczos-3. The use of Hamming-1 has been deemed
327       // an acceptable trade-off between quality and speed.
328     case ImageOperations::RESIZE_BETTER:
329       return ImageOperations::RESIZE_HAMMING1;
330     default:
331       return ImageOperations::RESIZE_LANCZOS3;
332   }
333 }
334
335 }  // namespace
336
337 // Resize ----------------------------------------------------------------------
338
339 // static
340 SkBitmap ImageOperations::Resize(const SkBitmap& source,
341                                  ResizeMethod method,
342                                  int dest_width, int dest_height,
343                                  const SkIRect& dest_subset,
344                                  SkBitmap::Allocator* allocator) {
345   if (method == ImageOperations::RESIZE_SUBPIXEL) {
346     return ResizeSubpixel(source, dest_width, dest_height,
347                           dest_subset, allocator);
348   } else {
349     return ResizeBasic(source, method, dest_width, dest_height, dest_subset,
350                        allocator);
351   }
352 }
353
354 // static
355 SkBitmap ImageOperations::ResizeSubpixel(const SkBitmap& source,
356                                          int dest_width, int dest_height,
357                                          const SkIRect& dest_subset,
358                                          SkBitmap::Allocator* allocator) {
359   TRACE_EVENT2("skia", "ImageOperations::ResizeSubpixel",
360                "src_pixels", source.width()*source.height(),
361                "dst_pixels", dest_width*dest_height);
362   // Currently only works on Linux/BSD because these are the only platforms
363   // where SkFontHost::GetSubpixelOrder is defined.
364 #if defined(OS_LINUX) && !defined(GTV)
365   // Understand the display.
366   const SkFontHost::LCDOrder order = SkFontHost::GetSubpixelOrder();
367   const SkFontHost::LCDOrientation orientation =
368       SkFontHost::GetSubpixelOrientation();
369
370   // Decide on which dimension, if any, to deploy subpixel rendering.
371   int w = 1;
372   int h = 1;
373   switch (orientation) {
374     case SkFontHost::kHorizontal_LCDOrientation:
375       w = dest_width < source.width() ? 3 : 1;
376       break;
377     case SkFontHost::kVertical_LCDOrientation:
378       h = dest_height < source.height() ? 3 : 1;
379       break;
380   }
381
382   // Resize the image.
383   const int width = dest_width * w;
384   const int height = dest_height * h;
385   SkIRect subset = { dest_subset.fLeft, dest_subset.fTop,
386                      dest_subset.fLeft + dest_subset.width() * w,
387                      dest_subset.fTop + dest_subset.height() * h };
388   SkBitmap img = ResizeBasic(source, ImageOperations::RESIZE_LANCZOS3, width,
389                              height, subset, allocator);
390   const int row_words = img.rowBytes() / 4;
391   if (w == 1 && h == 1)
392     return img;
393
394   // Render into subpixels.
395   SkBitmap result;
396   result.setInfo(SkImageInfo::MakeN32(dest_subset.width(), dest_subset.height(),
397                                       img.alphaType()));
398   result.allocPixels(allocator, NULL);
399   if (!result.readyToDraw())
400     return img;
401
402   SkAutoLockPixels locker(img);
403   if (!img.readyToDraw())
404     return img;
405
406   uint32* src_row = img.getAddr32(0, 0);
407   uint32* dst_row = result.getAddr32(0, 0);
408   for (int y = 0; y < dest_subset.height(); y++) {
409     uint32* src = src_row;
410     uint32* dst = dst_row;
411     for (int x = 0; x < dest_subset.width(); x++, src += w, dst++) {
412       uint8 r = 0, g = 0, b = 0, a = 0;
413       switch (order) {
414         case SkFontHost::kRGB_LCDOrder:
415           switch (orientation) {
416             case SkFontHost::kHorizontal_LCDOrientation:
417               r = SkGetPackedR32(src[0]);
418               g = SkGetPackedG32(src[1]);
419               b = SkGetPackedB32(src[2]);
420               a = SkGetPackedA32(src[1]);
421               break;
422             case SkFontHost::kVertical_LCDOrientation:
423               r = SkGetPackedR32(src[0 * row_words]);
424               g = SkGetPackedG32(src[1 * row_words]);
425               b = SkGetPackedB32(src[2 * row_words]);
426               a = SkGetPackedA32(src[1 * row_words]);
427               break;
428           }
429           break;
430         case SkFontHost::kBGR_LCDOrder:
431           switch (orientation) {
432             case SkFontHost::kHorizontal_LCDOrientation:
433               b = SkGetPackedB32(src[0]);
434               g = SkGetPackedG32(src[1]);
435               r = SkGetPackedR32(src[2]);
436               a = SkGetPackedA32(src[1]);
437               break;
438             case SkFontHost::kVertical_LCDOrientation:
439               b = SkGetPackedB32(src[0 * row_words]);
440               g = SkGetPackedG32(src[1 * row_words]);
441               r = SkGetPackedR32(src[2 * row_words]);
442               a = SkGetPackedA32(src[1 * row_words]);
443               break;
444           }
445           break;
446         case SkFontHost::kNONE_LCDOrder:
447           NOTREACHED();
448       }
449       // Premultiplied alpha is very fragile.
450       a = a > r ? a : r;
451       a = a > g ? a : g;
452       a = a > b ? a : b;
453       *dst = SkPackARGB32(a, r, g, b);
454     }
455     src_row += h * row_words;
456     dst_row += result.rowBytes() / 4;
457   }
458   return result;
459 #else
460   return SkBitmap();
461 #endif  // OS_POSIX && !OS_MACOSX && !defined(OS_ANDROID)
462 }
463
464 // static
465 SkBitmap ImageOperations::ResizeBasic(const SkBitmap& source,
466                                       ResizeMethod method,
467                                       int dest_width, int dest_height,
468                                       const SkIRect& dest_subset,
469                                       SkBitmap::Allocator* allocator) {
470   TRACE_EVENT2("skia", "ImageOperations::ResizeBasic",
471                "src_pixels", source.width()*source.height(),
472                "dst_pixels", dest_width*dest_height);
473   // Ensure that the ResizeMethod enumeration is sound.
474   SkASSERT(((RESIZE_FIRST_QUALITY_METHOD <= method) &&
475             (method <= RESIZE_LAST_QUALITY_METHOD)) ||
476            ((RESIZE_FIRST_ALGORITHM_METHOD <= method) &&
477             (method <= RESIZE_LAST_ALGORITHM_METHOD)));
478
479   // Time how long this takes to see if it's a problem for users.
480   base::TimeTicks resize_start = base::TimeTicks::Now();
481
482   SkIRect dest = { 0, 0, dest_width, dest_height };
483   DCHECK(dest.contains(dest_subset)) <<
484       "The supplied subset does not fall within the destination image.";
485
486   // If the size of source or destination is 0, i.e. 0x0, 0xN or Nx0, just
487   // return empty.
488   if (source.width() < 1 || source.height() < 1 ||
489       dest_width < 1 || dest_height < 1)
490     return SkBitmap();
491
492   method = ResizeMethodToAlgorithmMethod(method);
493   // Check that we deal with an "algorithm methods" from this point onward.
494   SkASSERT((ImageOperations::RESIZE_FIRST_ALGORITHM_METHOD <= method) &&
495            (method <= ImageOperations::RESIZE_LAST_ALGORITHM_METHOD));
496
497   SkAutoLockPixels locker(source);
498   if (!source.readyToDraw() || source.colorType() != kN32_SkColorType)
499     return SkBitmap();
500
501   ResizeFilter filter(method, source.width(), source.height(),
502                       dest_width, dest_height, dest_subset);
503
504   // Get a source bitmap encompassing this touched area. We construct the
505   // offsets and row strides such that it looks like a new bitmap, while
506   // referring to the old data.
507   const uint8* source_subset =
508       reinterpret_cast<const uint8*>(source.getPixels());
509
510   // Convolve into the result.
511   SkBitmap result;
512   result.setInfo(SkImageInfo::MakeN32(dest_subset.width(), dest_subset.height(), source.alphaType()));
513   result.allocPixels(allocator, NULL);
514   if (!result.readyToDraw())
515     return SkBitmap();
516
517   BGRAConvolve2D(source_subset, static_cast<int>(source.rowBytes()),
518                  !source.isOpaque(), filter.x_filter(), filter.y_filter(),
519                  static_cast<int>(result.rowBytes()),
520                  static_cast<unsigned char*>(result.getPixels()),
521                  true);
522
523   base::TimeDelta delta = base::TimeTicks::Now() - resize_start;
524   UMA_HISTOGRAM_TIMES("Image.ResampleMS", delta);
525
526   return result;
527 }
528
529 // static
530 SkBitmap ImageOperations::Resize(const SkBitmap& source,
531                                  ResizeMethod method,
532                                  int dest_width, int dest_height,
533                                  SkBitmap::Allocator* allocator) {
534   SkIRect dest_subset = { 0, 0, dest_width, dest_height };
535   return Resize(source, method, dest_width, dest_height, dest_subset,
536                 allocator);
537 }
538
539 }  // namespace skia