libavfilter/vf_midequalizer.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2017 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/pixdesc.h"
  23 #include "libavutil/opt.h"
  24 #include "avfilter.h"
  25 #include "internal.h"
  26 #include "video.h"
  27 #include "framesync.h"
  28
  29 typedef struct MidEqualizerContext {
  30     const AVClass *class;
  31     int width[2][4], height[2][4];
  32     int nb_planes;
  33     int planes;
  34     int histogram_size;
  35     float *histogram[2];
  36     unsigned *cchange;
  37     FFFrameSync fs;
  38
  39     void (*midequalizer)(const uint8_t *in0, const uint8_t *in1,
  40                          uint8_t *dst,
  41                          ptrdiff_t linesize1, ptrdiff_t linesize2,
  42                          ptrdiff_t dlinesize,
  43                          int w0, int h0,
  44                          int w1, int h1,
  45                          float *histogram1, float *histogram2,
  46                          unsigned *cchange, size_t hsize);
  47 } MidEqualizerContext;
  48
  49 #define OFFSET(x) offsetof(MidEqualizerContext, x)
  50 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  51
  52 static const AVOption midequalizer_options[] = {
  53     { "planes", "set planes", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0xF}, 0, 0xF, FLAGS },
  54     { NULL }
  55 };
  56
  57 AVFILTER_DEFINE_CLASS(midequalizer);
  58
  59 static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  60     AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
  61     AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
  62     AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
  63     AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
  64     AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  65     AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRAP,
  66     AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY9, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12, AV_PIX_FMT_GRAY14,
  67     AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  68     AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  69     AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12,
  70     AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
  71     AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10, AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14,
  72     AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
  73     AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
  74     AV_PIX_FMT_YUVA422P12, AV_PIX_FMT_YUVA444P12,
  75     AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12,
  76     AV_PIX_FMT_YUV420P16,  AV_PIX_FMT_YUV422P16,  AV_PIX_FMT_YUV444P16,
  77     AV_PIX_FMT_YUVA420P16, AV_PIX_FMT_YUVA422P16, AV_PIX_FMT_YUVA444P16,
  78     AV_PIX_FMT_GBRP16, AV_PIX_FMT_GBRAP16,
  79     AV_PIX_FMT_GRAY16,
  80     AV_PIX_FMT_NONE
  81 };
  82
  83 static int process_frame(FFFrameSync *fs)
  84 {
  85     AVFilterContext *ctx = fs->parent;
  86     MidEqualizerContext *s = fs->opaque;
  87     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
  88     AVFrame *out, *in0, *in1;
  89     int ret;
  90
  91     if ((ret = ff_framesync_get_frame(&s->fs, 0, &in0, 0)) < 0 ||
  92         (ret = ff_framesync_get_frame(&s->fs, 1, &in1, 0)) < 0)
  93         return ret;
  94
  95     if (ctx->is_disabled) {
  96         out = av_frame_clone(in0);
  97         if (!out)
  98             return AVERROR(ENOMEM);
  99     } else {
 100         int p;
 101
 102         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 103         if (!out)
 104             return AVERROR(ENOMEM);
 105         av_frame_copy_props(out, in0);
 106
 107         for (p = 0; p < s->nb_planes; p++) {
 108             if (!((1 << p) & s->planes)) {
 109                 av_image_copy_plane(out->data[p], out->linesize[p], in0->data[p], in0->linesize[p],
 110                                     s->width[0][p] * (1 + (s->histogram_size > 256)), s->height[0][p]);
 111                 continue;
 112             }
 113
 114             s->midequalizer(in0->data[p], in1->data[p],
 115                             out->data[p],
 116                             in0->linesize[p], in1->linesize[p],
 117                             out->linesize[p],
 118                             s->width[0][p], s->height[0][p],
 119                             s->width[1][p], s->height[1][p],
 120                             s->histogram[0], s->histogram[1],
 121                             s->cchange, s->histogram_size);
 122         }
 123     }
 124     out->pts = av_rescale_q(s->fs.pts, s->fs.time_base, outlink->time_base);
 125
 126     return ff_filter_frame(outlink, out);
 127 }
 128
 129 static void compute_histogram8(const uint8_t *src, ptrdiff_t linesize,
 130                                int w, int h, float *histogram, size_t hsize)
 131 {
 132     int y, x;
 133
 134     memset(histogram, 0, hsize * sizeof(*histogram));
 135
 136     for (y = 0; y < h; y++) {
 137         for (x = 0; x < w; x++) {
 138             histogram[src[x]] += 1;
 139         }
 140         src += linesize;
 141     }
 142
 143     for (x = 0; x < hsize - 1; x++) {
 144         histogram[x + 1] += histogram[x];
 145         histogram[x] /= hsize;
 146     }
 147     histogram[x] /= hsize;
 148 }
 149
 150 static void compute_histogram16(const uint16_t *src, ptrdiff_t linesize,
 151                                 int w, int h, float *histogram, size_t hsize)
 152 {
 153     int y, x;
 154
 155     memset(histogram, 0, hsize * sizeof(*histogram));
 156
 157     for (y = 0; y < h; y++) {
 158         for (x = 0; x < w; x++) {
 159             histogram[src[x]] += 1;
 160         }
 161         src += linesize;
 162     }
 163
 164     for (x = 0; x < hsize - 1; x++) {
 165         histogram[x + 1] += histogram[x];
 166         histogram[x] /= hsize;
 167     }
 168     histogram[x] /= hsize;
 169 }
 170
 171 static void compute_contrast_change(float *histogram1, float *histogram2,
 172                                     unsigned *cchange, size_t hsize)
 173 {
 174     int i;
 175
 176     for (i = 0; i < hsize; i++) {
 177         int j;
 178
 179         for (j = 0; j < hsize && histogram2[j] < histogram1[i]; j++);
 180
 181         cchange[i] = (i + j) / 2;
 182     }
 183 }
 184
 185 static void midequalizer8(const uint8_t *in0, const uint8_t *in1,
 186                           uint8_t *dst,
 187                           ptrdiff_t linesize1, ptrdiff_t linesize2,
 188                           ptrdiff_t dlinesize,
 189                           int w0, int h0,
 190                           int w1, int h1,
 191                           float *histogram1, float *histogram2,
 192                           unsigned *cchange,
 193                           size_t hsize)
 194 {
 195     int x, y;
 196
 197     compute_histogram8(in0, linesize1, w0, h0, histogram1, hsize);
 198     compute_histogram8(in1, linesize2, w1, h1, histogram2, hsize);
 199
 200     compute_contrast_change(histogram1, histogram2, cchange, hsize);
 201
 202     for (y = 0; y < h0; y++) {
 203         for (x = 0; x < w0; x++) {
 204             dst[x] = av_clip_uint8(cchange[in0[x]]);
 205         }
 206         dst += dlinesize;
 207         in0 += linesize1;
 208     }
 209 }
 210
 211 static void midequalizer16(const uint8_t *in0, const uint8_t *in1,
 212                            uint8_t *dst,
 213                            ptrdiff_t linesize1, ptrdiff_t linesize2,
 214                            ptrdiff_t dlinesize,
 215                            int w0, int h0,
 216                            int w1, int h1,
 217                            float *histogram1, float *histogram2,
 218                            unsigned *cchange,
 219                            size_t hsize)
 220 {
 221     const uint16_t *i = (const uint16_t *)in0;
 222     uint16_t *d = (uint16_t *)dst;
 223     int x, y;
 224
 225     compute_histogram16(i, linesize1 / 2, w0, h0, histogram1, hsize);
 226     compute_histogram16((const uint16_t *)in1, linesize2 / 2, w1, h1, histogram2, hsize);
 227
 228     compute_contrast_change(histogram1, histogram2, cchange, hsize);
 229
 230     for (y = 0; y < h0; y++) {
 231         for (x = 0; x < w0; x++) {
 232             d[x] = cchange[i[x]];
 233         }
 234         d += dlinesize / 2;
 235         i += linesize1 / 2;
 236     }
 237 }
 238
 239 static int config_input0(AVFilterLink *inlink)
 240 {
 241     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 242     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 243     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 244     int vsub, hsub;
 245
 246     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 247
 248     hsub = desc->log2_chroma_w;
 249     vsub = desc->log2_chroma_h;
 250
 251     s->height[0][0] = s->height[0][3] = inlink->h;
 252     s->width[0][0]  = s->width[0][3]  = inlink->w;
 253     s->height[0][1] = s->height[0][2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, vsub);
 254     s->width[0][1]  = s->width[0][2]  = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, hsub);
 255
 256     s->histogram_size = 1 << desc->comp[0].depth;
 257
 258     s->histogram[0] = av_calloc(s->histogram_size, sizeof(float));
 259     s->histogram[1] = av_calloc(s->histogram_size, sizeof(float));
 260     s->cchange      = av_calloc(s->histogram_size, sizeof(unsigned));
 261     if (!s->histogram[0] || !s->histogram[1] || !s->cchange)
 262         return AVERROR(ENOMEM);
 263
 264     if (s->histogram_size == 256) {
 265         s->midequalizer = midequalizer8;
 266     } else {
 267         s->midequalizer = midequalizer16;
 268     }
 269
 270     return 0;
 271 }
 272
 273 static int config_input1(AVFilterLink *inlink)
 274 {
 275     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 276     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 277     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 278     int vsub, hsub;
 279
 280     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 281
 282     hsub = desc->log2_chroma_w;
 283     vsub = desc->log2_chroma_h;
 284
 285     s->height[1][0] = s->height[1][3] = inlink->h;
 286     s->width[1][0]  = s->width[1][3]  = inlink->w;
 287     s->height[1][1] = s->height[1][2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, vsub);
 288     s->width[1][1]  = s->width[1][2]  = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, hsub);
 289
 290     return 0;
 291 }
 292
 293 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 294 {
 295     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 296     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 297     AVFilterLink *in0 = ctx->inputs[0];
 298     AVFilterLink *in1 = ctx->inputs[1];
 299     FFFrameSyncIn *in;
 300     int ret;
 301
 302     outlink->w = in0->w;
 303     outlink->h = in0->h;
 304     outlink->sample_aspect_ratio = in0->sample_aspect_ratio;
 305     outlink->frame_rate = in0->frame_rate;
 306
 307     if ((ret = ff_framesync_init(&s->fs, ctx, 2)) < 0)
 308         return ret;
 309
 310     in = s->fs.in;
 311     in[0].time_base = in0->time_base;
 312     in[1].time_base = in1->time_base;
 313     in[0].sync   = 1;
 314     in[0].before = EXT_STOP;
 315     in[0].after  = EXT_INFINITY;
 316     in[1].sync   = 1;
 317     in[1].before = EXT_STOP;
 318     in[1].after  = EXT_INFINITY;
 319     s->fs.opaque   = s;
 320     s->fs.on_event = process_frame;
 321
 322     ret = ff_framesync_configure(&s->fs);
 323     outlink->time_base = s->fs.time_base;
 324
 325     return ret;
 326 }
 327
 328 static int activate(AVFilterContext *ctx)
 329 {
 330     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 331     return ff_framesync_activate(&s->fs);
 332 }
 333
 334 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 335 {
 336     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 337
 338     ff_framesync_uninit(&s->fs);
 339     av_freep(&s->histogram[0]);
 340     av_freep(&s->histogram[1]);
 341     av_freep(&s->cchange);
 342 }
 343
 344 static const AVFilterPad midequalizer_inputs[] = {
 345     {
 346         .name         = "in0",
 347         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 348         .config_props = config_input0,
 349     },
 350     {
 351         .name         = "in1",
 352         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 353         .config_props = config_input1,
 354     },
 355 };
 356
 357 static const AVFilterPad midequalizer_outputs[] = {
 358     {
 359         .name          = "default",
 360         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 361         .config_props  = config_output,
 362     },
 363 };
 364
 365 const AVFilter ff_vf_midequalizer = {
 366     .name          = "midequalizer",
 367     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Midway Equalization."),
 368     .priv_size     = sizeof(MidEqualizerContext),
 369     .uninit        = uninit,
 370     .activate      = activate,
 371     FILTER_INPUTS(midequalizer_inputs),
 372     FILTER_OUTPUTS(midequalizer_outputs),
 373     FILTER_PIXFMTS_ARRAY(pix_fmts),
 374     .priv_class    = &midequalizer_class,
 375     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 376 };