lavfi/colormatrix: reword error message in init
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_colormatrix.c
1 /*
2  * ColorMatrix v2.2 for Avisynth 2.5.x
3  *
4  * Copyright (C) 2006-2007 Kevin Stone
5  *
6  * ColorMatrix 1.x is Copyright (C) Wilbert Dijkhof
7  *
8  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify it
9  * under the terms of the GNU General Public License as published by the
10  * Free Software Foundation; either version 2 of the License, or (at your
11  * option) any later version.
12  *
13  * This program is distributed in the hope that it will be useful, but
14  * OUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of MERCHANTABILITY
15  * or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU General Public
16  * License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License
19  * along with this program; if not, write to the Free Software Foundation,
20  * Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * ColorMatrix 2.0 is based on the original ColorMatrix filter by Wilbert
26  * Dijkhof.  It adds the ability to convert between any of: Rec.709, FCC,
27  * Rec.601, and SMPTE 240M. It also makes pre and post clipping optional,
28  * adds an option to use scaled or non-scaled coefficients, and more...
29  */
30
31 #include <float.h>
32 #include "avfilter.h"
33 #include "formats.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "video.h"
36 #include "libavutil/opt.h"
37 #include "libavutil/pixdesc.h"
38 #include "libavutil/avstring.h"
39
40 #define NS(n) n < 0 ? (int)(n*65536.0-0.5+DBL_EPSILON) : (int)(n*65536.0+0.5)
41 #define CB(n) av_clip_uint8(n)
42
43 static const double yuv_coeff[4][3][3] = {
44     { { +0.7152, +0.0722, +0.2126 }, // Rec.709 (0)
45       { -0.3850, +0.5000, -0.1150 },
46       { -0.4540, -0.0460, +0.5000 } },
47     { { +0.5900, +0.1100, +0.3000 }, // FCC (1)
48       { -0.3310, +0.5000, -0.1690 },
49       { -0.4210, -0.0790, +0.5000 } },
50     { { +0.5870, +0.1140, +0.2990 }, // Rec.601 (ITU-R BT.470-2/SMPTE 170M) (2)
51       { -0.3313, +0.5000, -0.1687 },
52       { -0.4187, -0.0813, +0.5000 } },
53     { { +0.7010, +0.0870, +0.2120 }, // SMPTE 240M (3)
54       { -0.3840, +0.5000, -0.1160 },
55       { -0.4450, -0.0550, +0.5000 } },
56 };
57
58 enum ColorMode {
59     COLOR_MODE_NONE = -1,
60     COLOR_MODE_BT709,
61     COLOR_MODE_FCC,
62     COLOR_MODE_BT601,
63     COLOR_MODE_SMPTE240M,
64     COLOR_MODE_COUNT
65 };
66
67 typedef struct {
68     const AVClass *class;
69     int yuv_convert[16][3][3];
70     int interlaced;
71     enum ColorMode source, dest;
72     int mode;
73     int hsub, vsub;
74 } ColorMatrixContext;
75
76 #define OFFSET(x) offsetof(ColorMatrixContext, x)
77 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
78
79 static const AVOption colormatrix_options[] = {
80     { "src", "set source color matrix",      OFFSET(source), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COLOR_MODE_NONE}, COLOR_MODE_NONE, COLOR_MODE_COUNT-1, .flags=FLAGS, .unit="color_mode" },
81     { "dst", "set destination color matrix", OFFSET(dest),   AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=COLOR_MODE_NONE}, COLOR_MODE_NONE, COLOR_MODE_COUNT-1, .flags=FLAGS, .unit="color_mode" },
82     { "bt709",     "set BT.709 colorspace",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COLOR_MODE_BT709},       .flags=FLAGS, .unit="color_mode" },
83     { "fcc",       "set FCC colorspace   ",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COLOR_MODE_FCC},         .flags=FLAGS, .unit="color_mode" },
84     { "bt601",     "set BT.601 colorspace",      0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COLOR_MODE_BT601},       .flags=FLAGS, .unit="color_mode" },
85     { "smpte240m", "set SMPTE-240M colorspace",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=COLOR_MODE_SMPTE240M},   .flags=FLAGS, .unit="color_mode" },
86     { NULL }
87 };
88
89 AVFILTER_DEFINE_CLASS(colormatrix);
90
91 #define ma m[0][0]
92 #define mb m[0][1]
93 #define mc m[0][2]
94 #define md m[1][0]
95 #define me m[1][1]
96 #define mf m[1][2]
97 #define mg m[2][0]
98 #define mh m[2][1]
99 #define mi m[2][2]
100
101 #define ima im[0][0]
102 #define imb im[0][1]
103 #define imc im[0][2]
104 #define imd im[1][0]
105 #define ime im[1][1]
106 #define imf im[1][2]
107 #define img im[2][0]
108 #define imh im[2][1]
109 #define imi im[2][2]
110
111 static void inverse3x3(double im[3][3], const double m[3][3])
112 {
113     double det = ma * (me * mi - mf * mh) - mb * (md * mi - mf * mg) + mc * (md * mh - me * mg);
114     det = 1.0 / det;
115     ima = det * (me * mi - mf * mh);
116     imb = det * (mc * mh - mb * mi);
117     imc = det * (mb * mf - mc * me);
118     imd = det * (mf * mg - md * mi);
119     ime = det * (ma * mi - mc * mg);
120     imf = det * (mc * md - ma * mf);
121     img = det * (md * mh - me * mg);
122     imh = det * (mb * mg - ma * mh);
123     imi = det * (ma * me - mb * md);
124 }
125
126 static void solve_coefficients(double cm[3][3], double rgb[3][3], const double yuv[3][3])
127 {
128     int i, j;
129     for (i = 0; i < 3; i++)
130         for (j = 0; j < 3; j++)
131             cm[i][j] = yuv[i][0] * rgb[0][j] + yuv[i][1] * rgb[1][j] + yuv[i][2] * rgb[2][j];
132 }
133
134 static void calc_coefficients(AVFilterContext *ctx)
135 {
136     ColorMatrixContext *color = ctx->priv;
137     double rgb_coeffd[4][3][3];
138     double yuv_convertd[16][3][3];
139     int v = 0;
140     int i, j, k;
141
142     for (i = 0; i < 4; i++)
143         inverse3x3(rgb_coeffd[i], yuv_coeff[i]);
144     for (i = 0; i < 4; i++) {
145         for (j = 0; j < 4; j++) {
146             solve_coefficients(yuv_convertd[v], rgb_coeffd[i], yuv_coeff[j]);
147             for (k = 0; k < 3; k++) {
148                 color->yuv_convert[v][k][0] = NS(yuv_convertd[v][k][0]);
149                 color->yuv_convert[v][k][1] = NS(yuv_convertd[v][k][1]);
150                 color->yuv_convert[v][k][2] = NS(yuv_convertd[v][k][2]);
151             }
152             if (color->yuv_convert[v][0][0] != 65536 || color->yuv_convert[v][1][0] != 0 ||
153                 color->yuv_convert[v][2][0] != 0) {
154                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "error calculating conversion coefficients\n");
155             }
156             v++;
157         }
158     }
159 }
160
161 static const char *color_modes[] = {"bt709", "fcc", "bt601", "smpte240m"};
162
163 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx, const char *args)
164 {
165     ColorMatrixContext *color = ctx->priv;
166
167     if (color->source == COLOR_MODE_NONE || color->dest == COLOR_MODE_NONE) {
168         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Unspecified source or destination color space\n");
169         return AVERROR(EINVAL);
170     }
171
172     if (color->source == color->dest) {
173         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Source and destination color space must not be identical\n");
174         return AVERROR(EINVAL);
175     }
176
177     color->mode = color->source * 4 + color->dest;
178
179     calc_coefficients(ctx);
180
181     return 0;
182 }
183
184 static void process_frame_uyvy422(ColorMatrixContext *color,
185                                   AVFrame *dst, AVFrame *src)
186 {
187     const unsigned char *srcp = src->data[0];
188     const int src_pitch = src->linesize[0];
189     const int height = src->height;
190     const int width = src->width*2;
191     unsigned char *dstp = dst->data[0];
192     const int dst_pitch = dst->linesize[0];
193     const int c2 = color->yuv_convert[color->mode][0][1];
194     const int c3 = color->yuv_convert[color->mode][0][2];
195     const int c4 = color->yuv_convert[color->mode][1][1];
196     const int c5 = color->yuv_convert[color->mode][1][2];
197     const int c6 = color->yuv_convert[color->mode][2][1];
198     const int c7 = color->yuv_convert[color->mode][2][2];
199     int x, y;
200
201     for (y = 0; y < height; y++) {
202         for (x = 0; x < width; x += 4) {
203             const int u = srcp[x + 0] - 128;
204             const int v = srcp[x + 2] - 128;
205             const int uvval = c2 * u + c3 * v + 1081344;
206             dstp[x + 0] = CB((c4 * u + c5 * v + 8421376) >> 16);
207             dstp[x + 1] = CB((65536 * (srcp[x + 1] - 16) + uvval) >> 16);
208             dstp[x + 2] = CB((c6 * u + c7 * v + 8421376) >> 16);
209             dstp[x + 3] = CB((65536 * (srcp[x + 3] - 16) + uvval) >> 16);
210         }
211         srcp += src_pitch;
212         dstp += dst_pitch;
213     }
214 }
215
216 static void process_frame_yuv422p(ColorMatrixContext *color,
217                                   AVFrame *dst, AVFrame *src)
218 {
219     const unsigned char *srcpU = src->data[1];
220     const unsigned char *srcpV = src->data[2];
221     const unsigned char *srcpY = src->data[0];
222     const int src_pitchY  = src->linesize[0];
223     const int src_pitchUV = src->linesize[1];
224     const int height = src->height;
225     const int width = src->width;
226     unsigned char *dstpU = dst->data[1];
227     unsigned char *dstpV = dst->data[2];
228     unsigned char *dstpY = dst->data[0];
229     const int dst_pitchY  = dst->linesize[0];
230     const int dst_pitchUV = dst->linesize[1];
231     const int c2 = color->yuv_convert[color->mode][0][1];
232     const int c3 = color->yuv_convert[color->mode][0][2];
233     const int c4 = color->yuv_convert[color->mode][1][1];
234     const int c5 = color->yuv_convert[color->mode][1][2];
235     const int c6 = color->yuv_convert[color->mode][2][1];
236     const int c7 = color->yuv_convert[color->mode][2][2];
237     int x, y;
238
239     for (y = 0; y < height; y++) {
240         for (x = 0; x < width; x += 2) {
241             const int u = srcpU[x >> 1] - 128;
242             const int v = srcpV[x >> 1] - 128;
243             const int uvval = c2 * u + c3 * v + 1081344;
244             dstpY[x + 0] = CB((65536 * (srcpY[x + 0] - 16) + uvval) >> 16);
245             dstpY[x + 1] = CB((65536 * (srcpY[x + 1] - 16) + uvval) >> 16);
246             dstpU[x >> 1] = CB((c4 * u + c5 * v + 8421376) >> 16);
247             dstpV[x >> 1] = CB((c6 * u + c7 * v + 8421376) >> 16);
248         }
249         srcpY += src_pitchY;
250         dstpY += dst_pitchY;
251         srcpU += src_pitchUV;
252         srcpV += src_pitchUV;
253         dstpU += dst_pitchUV;
254         dstpV += dst_pitchUV;
255     }
256 }
257
258 static void process_frame_yuv420p(ColorMatrixContext *color,
259                                   AVFrame *dst, AVFrame *src)
260 {
261     const unsigned char *srcpU = src->data[1];
262     const unsigned char *srcpV = src->data[2];
263     const unsigned char *srcpY = src->data[0];
264     const unsigned char *srcpN = src->data[0] + src->linesize[0];
265     const int src_pitchY  = src->linesize[0];
266     const int src_pitchUV = src->linesize[1];
267     const int height = src->height;
268     const int width = src->width;
269     unsigned char *dstpU = dst->data[1];
270     unsigned char *dstpV = dst->data[2];
271     unsigned char *dstpY = dst->data[0];
272     unsigned char *dstpN = dst->data[0] + dst->linesize[0];
273     const int dst_pitchY  = dst->linesize[0];
274     const int dst_pitchUV = dst->linesize[1];
275     const int c2 = color->yuv_convert[color->mode][0][1];
276     const int c3 = color->yuv_convert[color->mode][0][2];
277     const int c4 = color->yuv_convert[color->mode][1][1];
278     const int c5 = color->yuv_convert[color->mode][1][2];
279     const int c6 = color->yuv_convert[color->mode][2][1];
280     const int c7 = color->yuv_convert[color->mode][2][2];
281     int x, y;
282
283     for (y = 0; y < height; y += 2) {
284         for (x = 0; x < width; x += 2) {
285             const int u = srcpU[x >> 1] - 128;
286             const int v = srcpV[x >> 1] - 128;
287             const int uvval = c2 * u + c3 * v + 1081344;
288             dstpY[x + 0] = CB((65536 * (srcpY[x + 0] - 16) + uvval) >> 16);
289             dstpY[x + 1] = CB((65536 * (srcpY[x + 1] - 16) + uvval) >> 16);
290             dstpN[x + 0] = CB((65536 * (srcpN[x + 0] - 16) + uvval) >> 16);
291             dstpN[x + 1] = CB((65536 * (srcpN[x + 1] - 16) + uvval) >> 16);
292             dstpU[x >> 1] = CB((c4 * u + c5 * v + 8421376) >> 16);
293             dstpV[x >> 1] = CB((c6 * u + c7 * v + 8421376) >> 16);
294         }
295         srcpY += src_pitchY << 1;
296         dstpY += dst_pitchY << 1;
297         srcpN += src_pitchY << 1;
298         dstpN += dst_pitchY << 1;
299         srcpU += src_pitchUV;
300         srcpV += src_pitchUV;
301         dstpU += dst_pitchUV;
302         dstpV += dst_pitchUV;
303     }
304 }
305
306 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
307 {
308     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
309     ColorMatrixContext *color = ctx->priv;
310     const AVPixFmtDescriptor *pix_desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
311
312     color->hsub = pix_desc->log2_chroma_w;
313     color->vsub = pix_desc->log2_chroma_h;
314
315     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "%s -> %s\n",
316            color_modes[color->source], color_modes[color->dest]);
317
318     return 0;
319 }
320
321 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
322 {
323     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
324         AV_PIX_FMT_YUV422P,
325         AV_PIX_FMT_YUV420P,
326         AV_PIX_FMT_UYVY422,
327         AV_PIX_FMT_NONE
328     };
329
330     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
331
332     return 0;
333 }
334
335 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
336 {
337     AVFilterContext *ctx = link->dst;
338     ColorMatrixContext *color = ctx->priv;
339     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
340     AVFrame *out;
341
342     out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
343     if (!out) {
344         av_frame_free(&in);
345         return AVERROR(ENOMEM);
346     }
347     av_frame_copy_props(out, in);
348
349     if (in->format == AV_PIX_FMT_YUV422P)
350         process_frame_yuv422p(color, out, in);
351     else if (in->format == AV_PIX_FMT_YUV420P)
352         process_frame_yuv420p(color, out, in);
353     else
354         process_frame_uyvy422(color, out, in);
355
356     av_frame_free(&in);
357     return ff_filter_frame(outlink, out);
358 }
359
360 static const AVFilterPad colormatrix_inputs[] = {
361     {
362         .name             = "default",
363         .type             = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
364         .config_props     = config_input,
365         .filter_frame     = filter_frame,
366     },
367     { NULL }
368 };
369
370 static const AVFilterPad colormatrix_outputs[] = {
371     {
372         .name = "default",
373         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
374     },
375     { NULL }
376 };
377
378 static const char *const shorthand[] = { "src", "dst", NULL };
379
380 AVFilter avfilter_vf_colormatrix = {
381     .name          = "colormatrix",
382     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert color matrix."),
383
384     .priv_size     = sizeof(ColorMatrixContext),
385     .init          = init,
386     .query_formats = query_formats,
387     .inputs        = colormatrix_inputs,
388     .outputs       = colormatrix_outputs,
389     .priv_class    = &colormatrix_class,
390     .shorthand     = shorthand,
391 };