avfilter/af_sofalizer: speed up fast convolution
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_chromakey.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2015 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
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/opt.h"
22 #include "libavutil/imgutils.h"
23 #include "avfilter.h"
24 #include "formats.h"
25 #include "internal.h"
26 #include "video.h"
27
28 typedef struct ChromakeyContext {
29     const AVClass *class;
30
31     uint8_t chromakey_rgba[4];
32     uint8_t chromakey_uv[2];
33
34     float similarity;
35     float blend;
36
37     int is_yuv;
38
39     int hsub_log2;
40     int vsub_log2;
41
42     int (*do_slice)(AVFilterContext *ctx, void *arg,
43                     int jobnr, int nb_jobs);
44 } ChromakeyContext;
45
46 static uint8_t do_chromakey_pixel(ChromakeyContext *ctx, uint8_t u[9], uint8_t v[9])
47 {
48     double diff = 0.0;
49     int du, dv, i;
50
51     for (i = 0; i < 9; ++i) {
52         du = (int)u[i] - ctx->chromakey_uv[0];
53         dv = (int)v[i] - ctx->chromakey_uv[1];
54
55         diff += sqrt((du * du + dv * dv) / (255.0 * 255.0));
56     }
57
58     diff /= 9.0;
59
60     if (ctx->blend > 0.0001) {
61         return av_clipd((diff - ctx->similarity) / ctx->blend, 0.0, 1.0) * 255.0;
62     } else {
63         return (diff > ctx->similarity) ? 255 : 0;
64     }
65 }
66
67 static av_always_inline void get_pixel_uv(AVFrame *frame, int hsub_log2, int vsub_log2, int x, int y, uint8_t *u, uint8_t *v)
68 {
69     if (x < 0 || x >= frame->width || y < 0 || y >= frame->height)
70         return;
71
72     x >>= hsub_log2;
73     y >>= vsub_log2;
74
75     *u = frame->data[1][frame->linesize[1] * y + x];
76     *v = frame->data[2][frame->linesize[2] * y + x];
77 }
78
79 static int do_chromakey_slice(AVFilterContext *avctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
80 {
81     AVFrame *frame = arg;
82
83     const int slice_start = (frame->height * jobnr) / nb_jobs;
84     const int slice_end = (frame->height * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
85
86     ChromakeyContext *ctx = avctx->priv;
87
88     int x, y, xo, yo;
89     uint8_t u[9], v[9];
90
91     memset(u, ctx->chromakey_uv[0], sizeof(u));
92     memset(v, ctx->chromakey_uv[1], sizeof(v));
93
94     for (y = slice_start; y < slice_end; ++y) {
95         for (x = 0; x < frame->width; ++x) {
96             for (yo = 0; yo < 3; ++yo) {
97                 for (xo = 0; xo < 3; ++xo) {
98                     get_pixel_uv(frame, ctx->hsub_log2, ctx->vsub_log2, x + xo - 1, y + yo - 1, &u[yo * 3 + xo], &v[yo * 3 + xo]);
99                 }
100             }
101
102             frame->data[3][frame->linesize[3] * y + x] = do_chromakey_pixel(ctx, u, v);
103         }
104     }
105
106     return 0;
107 }
108
109 static int do_chromahold_slice(AVFilterContext *avctx, void *arg, int jobnr, int nb_jobs)
110 {
111     ChromakeyContext *ctx = avctx->priv;
112     AVFrame *frame = arg;
113     const int slice_start = ((frame->height >> ctx->vsub_log2) * jobnr) / nb_jobs;
114     const int slice_end = ((frame->height >> ctx->vsub_log2) * (jobnr + 1)) / nb_jobs;
115
116     int x, y, alpha;
117
118     for (y = slice_start; y < slice_end; ++y) {
119         for (x = 0; x < frame->width >> ctx->hsub_log2; ++x) {
120             int u = frame->data[1][frame->linesize[1] * y + x];
121             int v = frame->data[2][frame->linesize[2] * y + x];
122             double diff;
123             int du, dv;
124
125             du = u - ctx->chromakey_uv[0];
126             dv = v - ctx->chromakey_uv[1];
127
128             diff = sqrt((du * du + dv * dv) / (255.0 * 255.0));
129
130             alpha = diff > ctx->similarity;
131             if (alpha) {
132                 frame->data[1][frame->linesize[1] * y + x] = 128;
133                 frame->data[2][frame->linesize[2] * y + x] = 128;
134             }
135         }
136     }
137
138     return 0;
139 }
140
141 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *frame)
142 {
143     AVFilterContext *avctx = link->dst;
144     ChromakeyContext *ctx = avctx->priv;
145     int res;
146
147     if (res = avctx->internal->execute(avctx, ctx->do_slice, frame, NULL, FFMIN(frame->height, ff_filter_get_nb_threads(avctx))))
148         return res;
149
150     return ff_filter_frame(avctx->outputs[0], frame);
151 }
152
153 #define FIXNUM(x) lrint((x) * (1 << 10))
154 #define RGB_TO_U(rgb) (((- FIXNUM(0.16874) * rgb[0] - FIXNUM(0.33126) * rgb[1] + FIXNUM(0.50000) * rgb[2] + (1 << 9) - 1) >> 10) + 128)
155 #define RGB_TO_V(rgb) (((  FIXNUM(0.50000) * rgb[0] - FIXNUM(0.41869) * rgb[1] - FIXNUM(0.08131) * rgb[2] + (1 << 9) - 1) >> 10) + 128)
156
157 static av_cold int initialize_chromakey(AVFilterContext *avctx)
158 {
159     ChromakeyContext *ctx = avctx->priv;
160
161     if (ctx->is_yuv) {
162         ctx->chromakey_uv[0] = ctx->chromakey_rgba[1];
163         ctx->chromakey_uv[1] = ctx->chromakey_rgba[2];
164     } else {
165         ctx->chromakey_uv[0] = RGB_TO_U(ctx->chromakey_rgba);
166         ctx->chromakey_uv[1] = RGB_TO_V(ctx->chromakey_rgba);
167     }
168
169     if (!strcmp(avctx->filter->name, "chromakey")) {
170         ctx->do_slice = do_chromakey_slice;
171     } else {
172         ctx->do_slice = do_chromahold_slice;
173     }
174
175     return 0;
176 }
177
178 static av_cold int query_formats(AVFilterContext *avctx)
179 {
180     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts[] = {
181         AV_PIX_FMT_YUVA420P,
182         AV_PIX_FMT_YUVA422P,
183         AV_PIX_FMT_YUVA444P,
184         AV_PIX_FMT_NONE
185     };
186
187     static const enum AVPixelFormat hold_pixel_fmts[] = {
188         AV_PIX_FMT_YUV420P,
189         AV_PIX_FMT_YUV422P,
190         AV_PIX_FMT_YUV444P,
191         AV_PIX_FMT_YUVA420P,
192         AV_PIX_FMT_YUVA422P,
193         AV_PIX_FMT_YUVA444P,
194         AV_PIX_FMT_NONE
195     };
196
197     AVFilterFormats *formats = NULL;
198
199     formats = ff_make_format_list(!strcmp(avctx->filter->name, "chromahold") ? hold_pixel_fmts : pixel_fmts);
200     if (!formats)
201         return AVERROR(ENOMEM);
202
203     return ff_set_common_formats(avctx, formats);
204 }
205
206 static av_cold int config_input(AVFilterLink *inlink)
207 {
208     AVFilterContext *avctx = inlink->dst;
209     ChromakeyContext *ctx = avctx->priv;
210     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
211
212     ctx->hsub_log2 = desc->log2_chroma_w;
213     ctx->vsub_log2 = desc->log2_chroma_h;
214
215     return 0;
216 }
217
218 static const AVFilterPad chromakey_inputs[] = {
219     {
220         .name           = "default",
221         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
222         .needs_writable = 1,
223         .filter_frame   = filter_frame,
224         .config_props   = config_input,
225     },
226     { NULL }
227 };
228
229 static const AVFilterPad chromakey_outputs[] = {
230     {
231         .name           = "default",
232         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
233     },
234     { NULL }
235 };
236
237 #define OFFSET(x) offsetof(ChromakeyContext, x)
238 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
239
240 static const AVOption chromakey_options[] = {
241     { "color", "set the chromakey key color", OFFSET(chromakey_rgba), AV_OPT_TYPE_COLOR, { .str = "black" }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
242     { "similarity", "set the chromakey similarity value", OFFSET(similarity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 0.01 }, 0.01, 1.0, FLAGS },
243     { "blend", "set the chromakey key blend value", OFFSET(blend), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 0.0 }, 0.0, 1.0, FLAGS },
244     { "yuv", "color parameter is in yuv instead of rgb", OFFSET(is_yuv), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
245     { NULL }
246 };
247
248 AVFILTER_DEFINE_CLASS(chromakey);
249
250 AVFilter ff_vf_chromakey = {
251     .name          = "chromakey",
252     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Turns a certain color into transparency. Operates on YUV colors."),
253     .priv_size     = sizeof(ChromakeyContext),
254     .priv_class    = &chromakey_class,
255     .init          = initialize_chromakey,
256     .query_formats = query_formats,
257     .inputs        = chromakey_inputs,
258     .outputs       = chromakey_outputs,
259     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
260 };
261
262 static const AVOption chromahold_options[] = {
263     { "color", "set the chromahold key color", OFFSET(chromakey_rgba), AV_OPT_TYPE_COLOR, { .str = "black" }, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
264     { "similarity", "set the chromahold similarity value", OFFSET(similarity), AV_OPT_TYPE_FLOAT, { .dbl = 0.01 }, 0.01, 1.0, FLAGS },
265     { "yuv", "color parameter is in yuv instead of rgb", OFFSET(is_yuv), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
266     { NULL }
267 };
268
269 static const AVFilterPad chromahold_inputs[] = {
270     {
271         .name           = "default",
272         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
273         .needs_writable = 1,
274         .filter_frame   = filter_frame,
275         .config_props   = config_input,
276     },
277     { NULL }
278 };
279
280 static const AVFilterPad chromahold_outputs[] = {
281     {
282         .name           = "default",
283         .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
284     },
285     { NULL }
286 };
287
288 AVFILTER_DEFINE_CLASS(chromahold);
289
290 AVFilter ff_vf_chromahold = {
291     .name          = "chromahold",
292     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Turns a certain color range into gray."),
293     .priv_size     = sizeof(ChromakeyContext),
294     .priv_class    = &chromahold_class,
295     .init          = initialize_chromakey,
296     .query_formats = query_formats,
297     .inputs        = chromahold_inputs,
298     .outputs       = chromahold_outputs,
299     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
300 };