vf_colorspace: Add support for smpte 431/432 (dci/display p3) primaries
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_colorspace.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2016 Ronald S. Bultje <rsbultje@gmail.com>
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 /*
22  * @file
23  * Convert between colorspaces.
24  */
25
26 #include "libavutil/avassert.h"
27 #include "libavutil/opt.h"
28 #include "libavutil/pixdesc.h"
29 #include "libavutil/pixfmt.h"
30
31 #include "avfilter.h"
32 #include "colorspacedsp.h"
33 #include "formats.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "video.h"
36
37 enum DitherMode {
38     DITHER_NONE,
39     DITHER_FSB,
40     DITHER_NB,
41 };
42
43 enum Colorspace {
44     CS_UNSPECIFIED,
45     CS_BT470M,
46     CS_BT470BG,
47     CS_BT601_6_525,
48     CS_BT601_6_625,
49     CS_BT709,
50     CS_SMPTE170M,
51     CS_SMPTE240M,
52     CS_BT2020,
53     CS_NB,
54 };
55
56 enum Whitepoint {
57     WP_D65,
58     WP_C,
59     WP_DCI,
60     WP_NB,
61 };
62
63 enum WhitepointAdaptation {
64     WP_ADAPT_BRADFORD,
65     WP_ADAPT_VON_KRIES,
66     NB_WP_ADAPT_NON_IDENTITY,
67     WP_ADAPT_IDENTITY = NB_WP_ADAPT_NON_IDENTITY,
68     NB_WP_ADAPT,
69 };
70
71 static const enum AVColorTransferCharacteristic default_trc[CS_NB + 1] = {
72     [CS_UNSPECIFIED] = AVCOL_TRC_UNSPECIFIED,
73     [CS_BT470M]      = AVCOL_TRC_GAMMA22,
74     [CS_BT470BG]     = AVCOL_TRC_GAMMA28,
75     [CS_BT601_6_525] = AVCOL_TRC_SMPTE170M,
76     [CS_BT601_6_625] = AVCOL_TRC_SMPTE170M,
77     [CS_BT709]       = AVCOL_TRC_BT709,
78     [CS_SMPTE170M]   = AVCOL_TRC_SMPTE170M,
79     [CS_SMPTE240M]   = AVCOL_TRC_SMPTE240M,
80     [CS_BT2020]      = AVCOL_TRC_BT2020_10,
81     [CS_NB]          = AVCOL_TRC_UNSPECIFIED,
82 };
83
84 static const enum AVColorPrimaries default_prm[CS_NB + 1] = {
85     [CS_UNSPECIFIED] = AVCOL_PRI_UNSPECIFIED,
86     [CS_BT470M]      = AVCOL_PRI_BT470M,
87     [CS_BT470BG]     = AVCOL_PRI_BT470BG,
88     [CS_BT601_6_525] = AVCOL_PRI_SMPTE170M,
89     [CS_BT601_6_625] = AVCOL_PRI_BT470BG,
90     [CS_BT709]       = AVCOL_PRI_BT709,
91     [CS_SMPTE170M]   = AVCOL_PRI_SMPTE170M,
92     [CS_SMPTE240M]   = AVCOL_PRI_SMPTE240M,
93     [CS_BT2020]      = AVCOL_PRI_BT2020,
94     [CS_NB]          = AVCOL_PRI_UNSPECIFIED,
95 };
96
97 static const enum AVColorSpace default_csp[CS_NB + 1] = {
98     [CS_UNSPECIFIED] = AVCOL_SPC_UNSPECIFIED,
99     [CS_BT470M]      = AVCOL_SPC_SMPTE170M,
100     [CS_BT470BG]     = AVCOL_SPC_BT470BG,
101     [CS_BT601_6_525] = AVCOL_SPC_SMPTE170M,
102     [CS_BT601_6_625] = AVCOL_SPC_BT470BG,
103     [CS_BT709]       = AVCOL_SPC_BT709,
104     [CS_SMPTE170M]   = AVCOL_SPC_SMPTE170M,
105     [CS_SMPTE240M]   = AVCOL_SPC_SMPTE240M,
106     [CS_BT2020]      = AVCOL_SPC_BT2020_NCL,
107     [CS_NB]          = AVCOL_SPC_UNSPECIFIED,
108 };
109
110 struct ColorPrimaries {
111     enum Whitepoint wp;
112     double xr, yr, xg, yg, xb, yb;
113 };
114
115 struct TransferCharacteristics {
116     double alpha, beta, gamma, delta;
117 };
118
119 struct LumaCoefficients {
120     double cr, cg, cb;
121 };
122
123 struct WhitepointCoefficients {
124     double xw, yw;
125 };
126
127 typedef struct ColorSpaceContext {
128     const AVClass *class;
129
130     ColorSpaceDSPContext dsp;
131
132     enum Colorspace user_all, user_iall;
133     enum AVColorSpace in_csp, out_csp, user_csp, user_icsp;
134     enum AVColorRange in_rng, out_rng, user_rng, user_irng;
135     enum AVColorTransferCharacteristic in_trc, out_trc, user_trc, user_itrc;
136     enum AVColorPrimaries in_prm, out_prm, user_prm, user_iprm;
137     enum AVPixelFormat in_format, user_format;
138     int fast_mode;
139     enum DitherMode dither;
140     enum WhitepointAdaptation wp_adapt;
141
142     int16_t *rgb[3];
143     ptrdiff_t rgb_stride;
144     unsigned rgb_sz;
145     int *dither_scratch[3][2], *dither_scratch_base[3][2];
146
147     const struct ColorPrimaries *in_primaries, *out_primaries;
148     int lrgb2lrgb_passthrough;
149     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, lrgb2lrgb_coeffs)[3][3][8];
150
151     const struct TransferCharacteristics *in_txchr, *out_txchr;
152     int rgb2rgb_passthrough;
153     int16_t *lin_lut, *delin_lut;
154
155     const struct LumaCoefficients *in_lumacoef, *out_lumacoef;
156     int yuv2yuv_passthrough, yuv2yuv_fastmode;
157     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, yuv2rgb_coeffs)[3][3][8];
158     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, rgb2yuv_coeffs)[3][3][8];
159     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, yuv2yuv_coeffs)[3][3][8];
160     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, yuv_offset)[2 /* in, out */][8];
161     yuv2rgb_fn yuv2rgb;
162     rgb2yuv_fn rgb2yuv;
163     rgb2yuv_fsb_fn rgb2yuv_fsb;
164     yuv2yuv_fn yuv2yuv;
165     double yuv2rgb_dbl_coeffs[3][3], rgb2yuv_dbl_coeffs[3][3];
166     int in_y_rng, in_uv_rng, out_y_rng, out_uv_rng;
167
168     int did_warn_range;
169 } ColorSpaceContext;
170
171 // FIXME deal with odd width/heights (or just forbid it)
172 // FIXME faster linearize/delinearize implementation (integer pow)
173 // FIXME bt2020cl support (linearization between yuv/rgb step instead of between rgb/xyz)
174 // FIXME test that the values in (de)lin_lut don't exceed their container storage
175 // type size (only useful if we keep the LUT and don't move to fast integer pow)
176 // FIXME dithering if bitdepth goes down?
177 // FIXME bitexact for fate integration?
178
179 static const double ycgco_matrix[3][3] =
180 {
181     {  0.25, 0.5,  0.25 },
182     { -0.25, 0.5, -0.25 },
183     {  0.5,  0,   -0.5  },
184 };
185
186 /*
187  * All constants explained in e.g. https://linuxtv.org/downloads/v4l-dvb-apis/ch02s06.html
188  * The older ones (bt470bg/m) are also explained in their respective ITU docs
189  * (e.g. https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/bt/R-REC-BT.470-5-199802-S!!PDF-E.pdf)
190  * whereas the newer ones can typically be copied directly from wikipedia :)
191  */
192 static const struct LumaCoefficients luma_coefficients[AVCOL_SPC_NB] = {
193     [AVCOL_SPC_FCC]        = { 0.30,   0.59,   0.11   },
194     [AVCOL_SPC_BT470BG]    = { 0.299,  0.587,  0.114  },
195     [AVCOL_SPC_SMPTE170M]  = { 0.299,  0.587,  0.114  },
196     [AVCOL_SPC_BT709]      = { 0.2126, 0.7152, 0.0722 },
197     [AVCOL_SPC_SMPTE240M]  = { 0.212,  0.701,  0.087  },
198     [AVCOL_SPC_YCOCG]      = { 0.25,   0.5,    0.25   },
199     [AVCOL_SPC_BT2020_NCL] = { 0.2627, 0.6780, 0.0593 },
200     [AVCOL_SPC_BT2020_CL]  = { 0.2627, 0.6780, 0.0593 },
201 };
202
203 static const struct LumaCoefficients *get_luma_coefficients(enum AVColorSpace csp)
204 {
205     const struct LumaCoefficients *coeffs;
206
207     if (csp >= AVCOL_SPC_NB)
208         return NULL;
209     coeffs = &luma_coefficients[csp];
210     if (!coeffs->cr)
211         return NULL;
212
213     return coeffs;
214 }
215
216 static void fill_rgb2yuv_table(const struct LumaCoefficients *coeffs,
217                                double rgb2yuv[3][3])
218 {
219     double bscale, rscale;
220
221     // special ycgco matrix
222     if (coeffs->cr == 0.25 && coeffs->cg == 0.5 && coeffs->cb == 0.25) {
223         memcpy(rgb2yuv, ycgco_matrix, sizeof(double) * 9);
224         return;
225     }
226
227     rgb2yuv[0][0] = coeffs->cr;
228     rgb2yuv[0][1] = coeffs->cg;
229     rgb2yuv[0][2] = coeffs->cb;
230     bscale = 0.5 / (coeffs->cb - 1.0);
231     rscale = 0.5 / (coeffs->cr - 1.0);
232     rgb2yuv[1][0] = bscale * coeffs->cr;
233     rgb2yuv[1][1] = bscale * coeffs->cg;
234     rgb2yuv[1][2] = 0.5;
235     rgb2yuv[2][0] = 0.5;
236     rgb2yuv[2][1] = rscale * coeffs->cg;
237     rgb2yuv[2][2] = rscale * coeffs->cb;
238 }
239
240 // FIXME I'm pretty sure gamma22/28 also have a linear toe slope, but I can't
241 // find any actual tables that document their real values...
242 // See http://www.13thmonkey.org/~boris/gammacorrection/ first graph why it matters
243 static const struct TransferCharacteristics transfer_characteristics[AVCOL_TRC_NB] = {
244     [AVCOL_TRC_BT709]     = { 1.099,  0.018,  0.45, 4.5 },
245     [AVCOL_TRC_GAMMA22]   = { 1.0,    0.0,    1.0 / 2.2, 0.0 },
246     [AVCOL_TRC_GAMMA28]   = { 1.0,    0.0,    1.0 / 2.8, 0.0 },
247     [AVCOL_TRC_SMPTE170M] = { 1.099,  0.018,  0.45, 4.5 },
248     [AVCOL_TRC_SMPTE240M] = { 1.1115, 0.0228, 0.45, 4.0 },
249     [AVCOL_TRC_IEC61966_2_1] = { 1.055, 0.0031308, 1.0 / 2.4, 12.92 },
250     [AVCOL_TRC_IEC61966_2_4] = { 1.099, 0.018, 0.45, 4.5 },
251     [AVCOL_TRC_BT2020_10] = { 1.099,  0.018,  0.45, 4.5 },
252     [AVCOL_TRC_BT2020_12] = { 1.0993, 0.0181, 0.45, 4.5 },
253 };
254
255 static const struct TransferCharacteristics *
256     get_transfer_characteristics(enum AVColorTransferCharacteristic trc)
257 {
258     const struct TransferCharacteristics *coeffs;
259
260     if (trc >= AVCOL_TRC_NB)
261         return NULL;
262     coeffs = &transfer_characteristics[trc];
263     if (!coeffs->alpha)
264         return NULL;
265
266     return coeffs;
267 }
268
269 static const struct WhitepointCoefficients whitepoint_coefficients[WP_NB] = {
270     [WP_D65] = { 0.3127, 0.3290 },
271     [WP_C]   = { 0.3100, 0.3160 },
272     [WP_DCI] = { 0.3140, 0.3510 },
273 };
274
275 static const struct ColorPrimaries color_primaries[AVCOL_PRI_NB] = {
276     [AVCOL_PRI_BT709]     = { WP_D65, 0.640, 0.330, 0.300, 0.600, 0.150, 0.060 },
277     [AVCOL_PRI_BT470M]    = { WP_C,   0.670, 0.330, 0.210, 0.710, 0.140, 0.080 },
278     [AVCOL_PRI_BT470BG]   = { WP_D65, 0.640, 0.330, 0.290, 0.600, 0.150, 0.060,},
279     [AVCOL_PRI_SMPTE170M] = { WP_D65, 0.630, 0.340, 0.310, 0.595, 0.155, 0.070 },
280     [AVCOL_PRI_SMPTE240M] = { WP_D65, 0.630, 0.340, 0.310, 0.595, 0.155, 0.070 },
281     [AVCOL_PRI_SMPTE431]  = { WP_DCI, 0.680, 0.320, 0.265, 0.690, 0.150, 0.060 },
282     [AVCOL_PRI_SMPTE432]  = { WP_D65, 0.680, 0.320, 0.265, 0.690, 0.150, 0.060 },
283     [AVCOL_PRI_BT2020]    = { WP_D65, 0.708, 0.292, 0.170, 0.797, 0.131, 0.046 },
284 };
285
286 static const struct ColorPrimaries *get_color_primaries(enum AVColorPrimaries prm)
287 {
288     const struct ColorPrimaries *coeffs;
289
290     if (prm >= AVCOL_PRI_NB)
291         return NULL;
292     coeffs = &color_primaries[prm];
293     if (!coeffs->xr)
294         return NULL;
295
296     return coeffs;
297 }
298
299 static void invert_matrix3x3(const double in[3][3], double out[3][3])
300 {
301     double m00 = in[0][0], m01 = in[0][1], m02 = in[0][2],
302            m10 = in[1][0], m11 = in[1][1], m12 = in[1][2],
303            m20 = in[2][0], m21 = in[2][1], m22 = in[2][2];
304     int i, j;
305     double det;
306
307     out[0][0] =  (m11 * m22 - m21 * m12);
308     out[0][1] = -(m01 * m22 - m21 * m02);
309     out[0][2] =  (m01 * m12 - m11 * m02);
310     out[1][0] = -(m10 * m22 - m20 * m12);
311     out[1][1] =  (m00 * m22 - m20 * m02);
312     out[1][2] = -(m00 * m12 - m10 * m02);
313     out[2][0] =  (m10 * m21 - m20 * m11);
314     out[2][1] = -(m00 * m21 - m20 * m01);
315     out[2][2] =  (m00 * m11 - m10 * m01);
316
317     det = m00 * out[0][0] + m10 * out[0][1] + m20 * out[0][2];
318     det = 1.0 / det;
319
320     for (i = 0; i < 3; i++) {
321         for (j = 0; j < 3; j++)
322             out[i][j] *= det;
323     }
324 }
325
326 static int fill_gamma_table(ColorSpaceContext *s)
327 {
328     int n;
329     double in_alpha = s->in_txchr->alpha, in_beta = s->in_txchr->beta;
330     double in_gamma = s->in_txchr->gamma, in_delta = s->in_txchr->delta;
331     double in_ialpha = 1.0 / in_alpha, in_igamma = 1.0 / in_gamma, in_idelta = 1.0 / in_delta;
332     double out_alpha = s->out_txchr->alpha, out_beta = s->out_txchr->beta;
333     double out_gamma = s->out_txchr->gamma, out_delta = s->out_txchr->delta;
334
335     s->lin_lut = av_malloc(sizeof(*s->lin_lut) * 32768 * 2);
336     if (!s->lin_lut)
337         return AVERROR(ENOMEM);
338     s->delin_lut = &s->lin_lut[32768];
339     for (n = 0; n < 32768; n++) {
340         double v = (n - 2048.0) / 28672.0, d, l;
341
342         // delinearize
343         if (v <= -out_beta) {
344             d = -out_alpha * pow(-v, out_gamma) + (out_alpha - 1.0);
345         } else if (v < out_beta) {
346             d = out_delta * v;
347         } else {
348             d = out_alpha * pow(v, out_gamma) - (out_alpha - 1.0);
349         }
350         s->delin_lut[n] = av_clip_int16(lrint(d * 28672.0));
351
352         // linearize
353         if (v <= -in_beta) {
354             l = -pow((1.0 - in_alpha - v) * in_ialpha, in_igamma);
355         } else if (v < in_beta) {
356             l = v * in_idelta;
357         } else {
358             l = pow((v + in_alpha - 1.0) * in_ialpha, in_igamma);
359         }
360         s->lin_lut[n] = av_clip_int16(lrint(l * 28672.0));
361     }
362
363     return 0;
364 }
365
366 /*
367  * see e.g. http://www.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_RGB_XYZ_Matrix.html
368  */
369 static void fill_rgb2xyz_table(const struct ColorPrimaries *coeffs,
370                                double rgb2xyz[3][3])
371 {
372     const struct WhitepointCoefficients *wp = &whitepoint_coefficients[coeffs->wp];
373     double i[3][3], sr, sg, sb, zw;
374
375     rgb2xyz[0][0] = coeffs->xr / coeffs->yr;
376     rgb2xyz[0][1] = coeffs->xg / coeffs->yg;
377     rgb2xyz[0][2] = coeffs->xb / coeffs->yb;
378     rgb2xyz[1][0] = rgb2xyz[1][1] = rgb2xyz[1][2] = 1.0;
379     rgb2xyz[2][0] = (1.0 - coeffs->xr - coeffs->yr) / coeffs->yr;
380     rgb2xyz[2][1] = (1.0 - coeffs->xg - coeffs->yg) / coeffs->yg;
381     rgb2xyz[2][2] = (1.0 - coeffs->xb - coeffs->yb) / coeffs->yb;
382     invert_matrix3x3(rgb2xyz, i);
383     zw = 1.0 - wp->xw - wp->yw;
384     sr = i[0][0] * wp->xw + i[0][1] * wp->yw + i[0][2] * zw;
385     sg = i[1][0] * wp->xw + i[1][1] * wp->yw + i[1][2] * zw;
386     sb = i[2][0] * wp->xw + i[2][1] * wp->yw + i[2][2] * zw;
387     rgb2xyz[0][0] *= sr;
388     rgb2xyz[0][1] *= sg;
389     rgb2xyz[0][2] *= sb;
390     rgb2xyz[1][0] *= sr;
391     rgb2xyz[1][1] *= sg;
392     rgb2xyz[1][2] *= sb;
393     rgb2xyz[2][0] *= sr;
394     rgb2xyz[2][1] *= sg;
395     rgb2xyz[2][2] *= sb;
396 }
397
398 static void mul3x3(double dst[3][3], const double src1[3][3], const double src2[3][3])
399 {
400     int m, n;
401
402     for (m = 0; m < 3; m++)
403         for (n = 0; n < 3; n++)
404             dst[m][n] = src2[m][0] * src1[0][n] +
405                         src2[m][1] * src1[1][n] +
406                         src2[m][2] * src1[2][n];
407 }
408
409 /*
410  * See http://www.brucelindbloom.com/index.html?Eqn_ChromAdapt.html
411  * This function uses the Bradford mechanism.
412  */
413 static void fill_whitepoint_conv_table(double out[3][3], enum WhitepointAdaptation wp_adapt,
414                                        enum Whitepoint src, enum Whitepoint dst)
415 {
416     static const double ma_tbl[NB_WP_ADAPT_NON_IDENTITY][3][3] = {
417         [WP_ADAPT_BRADFORD] = {
418             {  0.8951,  0.2664, -0.1614 },
419             { -0.7502,  1.7135,  0.0367 },
420             {  0.0389, -0.0685,  1.0296 },
421         }, [WP_ADAPT_VON_KRIES] = {
422             {  0.40024,  0.70760, -0.08081 },
423             { -0.22630,  1.16532,  0.04570 },
424             {  0.00000,  0.00000,  0.91822 },
425         },
426     };
427     const double (*ma)[3] = ma_tbl[wp_adapt];
428     const struct WhitepointCoefficients *wp_src = &whitepoint_coefficients[src];
429     double zw_src = 1.0 - wp_src->xw - wp_src->yw;
430     const struct WhitepointCoefficients *wp_dst = &whitepoint_coefficients[dst];
431     double zw_dst = 1.0 - wp_dst->xw - wp_dst->yw;
432     double mai[3][3], fac[3][3], tmp[3][3];
433     double rs, gs, bs, rd, gd, bd;
434
435     invert_matrix3x3(ma, mai);
436     rs = ma[0][0] * wp_src->xw + ma[0][1] * wp_src->yw + ma[0][2] * zw_src;
437     gs = ma[1][0] * wp_src->xw + ma[1][1] * wp_src->yw + ma[1][2] * zw_src;
438     bs = ma[2][0] * wp_src->xw + ma[2][1] * wp_src->yw + ma[2][2] * zw_src;
439     rd = ma[0][0] * wp_dst->xw + ma[0][1] * wp_dst->yw + ma[0][2] * zw_dst;
440     gd = ma[1][0] * wp_dst->xw + ma[1][1] * wp_dst->yw + ma[1][2] * zw_dst;
441     bd = ma[2][0] * wp_dst->xw + ma[2][1] * wp_dst->yw + ma[2][2] * zw_dst;
442     fac[0][0] = rd / rs;
443     fac[1][1] = gd / gs;
444     fac[2][2] = bd / bs;
445     fac[0][1] = fac[0][2] = fac[1][0] = fac[1][2] = fac[2][0] = fac[2][1] = 0.0;
446     mul3x3(tmp, ma, fac);
447     mul3x3(out, tmp, mai);
448 }
449
450 static void apply_lut(int16_t *buf[3], ptrdiff_t stride,
451                       int w, int h, const int16_t *lut)
452 {
453     int y, x, n;
454
455     for (n = 0; n < 3; n++) {
456         int16_t *data = buf[n];
457
458         for (y = 0; y < h; y++) {
459             for (x = 0; x < w; x++)
460                 data[x] = lut[av_clip_uintp2(2048 + data[x], 15)];
461
462             data += stride;
463         }
464     }
465 }
466
467 struct ThreadData {
468     AVFrame *in, *out;
469     ptrdiff_t in_linesize[3], out_linesize[3];
470     int in_ss_h, out_ss_h;
471 };
472
473 static int convert(AVFilterContext *ctx, void *data, int job_nr, int n_jobs)
474 {
475     struct ThreadData *td = data;
476     ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
477     uint8_t *in_data[3], *out_data[3];
478     int16_t *rgb[3];
479     int h_in = (td->in->height + 1) >> 1;
480     int h1 = 2 * (job_nr * h_in / n_jobs), h2 = 2 * ((job_nr + 1) * h_in / n_jobs);
481     int w = td->in->width, h = h2 - h1;
482
483     in_data[0]  = td->in->data[0]  + td->in_linesize[0]  *  h1;
484     in_data[1]  = td->in->data[1]  + td->in_linesize[1]  * (h1 >> td->in_ss_h);
485     in_data[2]  = td->in->data[2]  + td->in_linesize[2]  * (h1 >> td->in_ss_h);
486     out_data[0] = td->out->data[0] + td->out_linesize[0] *  h1;
487     out_data[1] = td->out->data[1] + td->out_linesize[1] * (h1 >> td->out_ss_h);
488     out_data[2] = td->out->data[2] + td->out_linesize[2] * (h1 >> td->out_ss_h);
489     rgb[0]      = s->rgb[0]        + s->rgb_stride       *  h1;
490     rgb[1]      = s->rgb[1]        + s->rgb_stride       *  h1;
491     rgb[2]      = s->rgb[2]        + s->rgb_stride       *  h1;
492
493     // FIXME for simd, also make sure we do pictures with negative stride
494     // top-down so we don't overwrite lines with padding of data before it
495     // in the same buffer (same as swscale)
496
497     if (s->yuv2yuv_fastmode) {
498         // FIXME possibly use a fast mode in case only the y range changes?
499         // since in that case, only the diagonal entries in yuv2yuv_coeffs[]
500         // are non-zero
501         s->yuv2yuv(out_data, td->out_linesize, in_data, td->in_linesize, w, h,
502                    s->yuv2yuv_coeffs, s->yuv_offset);
503     } else {
504         // FIXME maybe (for caching effciency) do pipeline per-line instead of
505         // full buffer per function? (Or, since yuv2rgb requires 2 lines: per
506         // 2 lines, for yuv420.)
507         /*
508          * General design:
509          * - yuv2rgb converts from whatever range the input was ([16-235/240] or
510          *   [0,255] or the 10/12bpp equivalents thereof) to an integer version
511          *   of RGB in psuedo-restricted 15+sign bits. That means that the float
512          *   range [0.0,1.0] is in [0,28762], and the remainder of the int16_t
513          *   range is used for overflow/underflow outside the representable
514          *   range of this RGB type. rgb2yuv is the exact opposite.
515          * - gamma correction is done using a LUT since that appears to work
516          *   fairly fast.
517          * - If the input is chroma-subsampled (420/422), the yuv2rgb conversion
518          *   (or rgb2yuv conversion) uses nearest-neighbour sampling to read
519          *   read chroma pixels at luma resolution. If you want some more fancy
520          *   filter, you can use swscale to convert to yuv444p.
521          * - all coefficients are 14bit (so in the [-2.0,2.0] range).
522          */
523         s->yuv2rgb(rgb, s->rgb_stride, in_data, td->in_linesize, w, h,
524                    s->yuv2rgb_coeffs, s->yuv_offset[0]);
525         if (!s->rgb2rgb_passthrough) {
526             apply_lut(rgb, s->rgb_stride, w, h, s->lin_lut);
527             if (!s->lrgb2lrgb_passthrough)
528                 s->dsp.multiply3x3(rgb, s->rgb_stride, w, h, s->lrgb2lrgb_coeffs);
529             apply_lut(rgb, s->rgb_stride, w, h, s->delin_lut);
530         }
531         if (s->dither == DITHER_FSB) {
532             s->rgb2yuv_fsb(out_data, td->out_linesize, rgb, s->rgb_stride, w, h,
533                            s->rgb2yuv_coeffs, s->yuv_offset[1], s->dither_scratch);
534         } else {
535             s->rgb2yuv(out_data, td->out_linesize, rgb, s->rgb_stride, w, h,
536                        s->rgb2yuv_coeffs, s->yuv_offset[1]);
537         }
538     }
539
540     return 0;
541 }
542
543 static int get_range_off(AVFilterContext *ctx, int *off,
544                          int *y_rng, int *uv_rng,
545                          enum AVColorRange rng, int depth)
546 {
547     switch (rng) {
548     case AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED: {
549         ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
550
551         if (!s->did_warn_range) {
552             av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Input range not set, assuming tv/mpeg\n");
553             s->did_warn_range = 1;
554         }
555     }
556         // fall-through
557     case AVCOL_RANGE_MPEG:
558         *off = 16 << (depth - 8);
559         *y_rng = 219 << (depth - 8);
560         *uv_rng = 224 << (depth - 8);
561         break;
562     case AVCOL_RANGE_JPEG:
563         *off = 0;
564         *y_rng = *uv_rng = (256 << (depth - 8)) - 1;
565         break;
566     default:
567         return AVERROR(EINVAL);
568     }
569
570     return 0;
571 }
572
573 static int create_filtergraph(AVFilterContext *ctx,
574                               const AVFrame *in, const AVFrame *out)
575 {
576     ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
577     const AVPixFmtDescriptor *in_desc  = av_pix_fmt_desc_get(in->format);
578     const AVPixFmtDescriptor *out_desc = av_pix_fmt_desc_get(out->format);
579     int emms = 0, m, n, o, res, fmt_identical, redo_yuv2rgb = 0, redo_rgb2yuv = 0;
580
581 #define supported_depth(d) ((d) == 8 || (d) == 10 || (d) == 12)
582 #define supported_subsampling(lcw, lch) \
583     (((lcw) == 0 && (lch) == 0) || ((lcw) == 1 && (lch) == 0) || ((lcw) == 1 && (lch) == 1))
584 #define supported_format(d) \
585     ((d) != NULL && (d)->nb_components == 3 && \
586      !((d)->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_RGB) && \
587      supported_depth((d)->comp[0].depth) && \
588      supported_subsampling((d)->log2_chroma_w, (d)->log2_chroma_h))
589
590     if (!supported_format(in_desc)) {
591         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
592                "Unsupported input format %d (%s) or bitdepth (%d)\n",
593                in->format, av_get_pix_fmt_name(in->format),
594                in_desc ? in_desc->comp[0].depth : -1);
595         return AVERROR(EINVAL);
596     }
597     if (!supported_format(out_desc)) {
598         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
599                "Unsupported output format %d (%s) or bitdepth (%d)\n",
600                out->format, av_get_pix_fmt_name(out->format),
601                out_desc ? out_desc->comp[0].depth : -1);
602         return AVERROR(EINVAL);
603     }
604
605     if (in->color_primaries  != s->in_prm)  s->in_primaries  = NULL;
606     if (out->color_primaries != s->out_prm) s->out_primaries = NULL;
607     if (in->color_trc        != s->in_trc)  s->in_txchr      = NULL;
608     if (out->color_trc       != s->out_trc) s->out_txchr     = NULL;
609     if (in->colorspace       != s->in_csp ||
610         in->color_range      != s->in_rng)  s->in_lumacoef   = NULL;
611     if (out->colorspace      != s->out_csp ||
612         out->color_range     != s->out_rng) s->out_lumacoef  = NULL;
613
614     if (!s->out_primaries || !s->in_primaries) {
615         s->in_prm = in->color_primaries;
616         if (s->user_iall != CS_UNSPECIFIED)
617             s->in_prm = default_prm[FFMIN(s->user_iall, CS_NB)];
618         if (s->user_iprm != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED)
619             s->in_prm = s->user_iprm;
620         s->in_primaries = get_color_primaries(s->in_prm);
621         if (!s->in_primaries) {
622             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
623                    "Unsupported input primaries %d (%s)\n",
624                    s->in_prm, av_color_primaries_name(s->in_prm));
625             return AVERROR(EINVAL);
626         }
627         s->out_prm = out->color_primaries;
628         s->out_primaries = get_color_primaries(s->out_prm);
629         if (!s->out_primaries) {
630             if (s->out_prm == AVCOL_PRI_UNSPECIFIED) {
631                 if (s->user_all == CS_UNSPECIFIED) {
632                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Please specify output primaries\n");
633                 } else {
634                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
635                            "Unsupported output color property %d\n", s->user_all);
636                 }
637             } else {
638                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
639                        "Unsupported output primaries %d (%s)\n",
640                        s->out_prm, av_color_primaries_name(s->out_prm));
641             }
642             return AVERROR(EINVAL);
643         }
644         s->lrgb2lrgb_passthrough = !memcmp(s->in_primaries, s->out_primaries,
645                                            sizeof(*s->in_primaries));
646         if (!s->lrgb2lrgb_passthrough) {
647             double rgb2xyz[3][3], xyz2rgb[3][3], rgb2rgb[3][3];
648
649             fill_rgb2xyz_table(s->out_primaries, rgb2xyz);
650             invert_matrix3x3(rgb2xyz, xyz2rgb);
651             fill_rgb2xyz_table(s->in_primaries, rgb2xyz);
652             if (s->out_primaries->wp != s->in_primaries->wp &&
653                 s->wp_adapt != WP_ADAPT_IDENTITY) {
654                 double wpconv[3][3], tmp[3][3];
655
656                 fill_whitepoint_conv_table(wpconv, s->wp_adapt, s->in_primaries->wp,
657                                            s->out_primaries->wp);
658                 mul3x3(tmp, rgb2xyz, wpconv);
659                 mul3x3(rgb2rgb, tmp, xyz2rgb);
660             } else {
661                 mul3x3(rgb2rgb, rgb2xyz, xyz2rgb);
662             }
663             for (m = 0; m < 3; m++)
664                 for (n = 0; n < 3; n++) {
665                     s->lrgb2lrgb_coeffs[m][n][0] = lrint(16384.0 * rgb2rgb[m][n]);
666                     for (o = 1; o < 8; o++)
667                         s->lrgb2lrgb_coeffs[m][n][o] = s->lrgb2lrgb_coeffs[m][n][0];
668                 }
669
670             emms = 1;
671         }
672     }
673
674     if (!s->in_txchr) {
675         av_freep(&s->lin_lut);
676         s->in_trc = in->color_trc;
677         if (s->user_iall != CS_UNSPECIFIED)
678             s->in_trc = default_trc[FFMIN(s->user_iall, CS_NB)];
679         if (s->user_itrc != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED)
680             s->in_trc = s->user_itrc;
681         s->in_txchr = get_transfer_characteristics(s->in_trc);
682         if (!s->in_txchr) {
683             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
684                    "Unsupported input transfer characteristics %d (%s)\n",
685                    s->in_trc, av_color_transfer_name(s->in_trc));
686             return AVERROR(EINVAL);
687         }
688     }
689
690     if (!s->out_txchr) {
691         av_freep(&s->lin_lut);
692         s->out_trc = out->color_trc;
693         s->out_txchr = get_transfer_characteristics(s->out_trc);
694         if (!s->out_txchr) {
695             if (s->out_trc == AVCOL_TRC_UNSPECIFIED) {
696                 if (s->user_all == CS_UNSPECIFIED) {
697                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
698                            "Please specify output transfer characteristics\n");
699                 } else {
700                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
701                            "Unsupported output color property %d\n", s->user_all);
702                 }
703             } else {
704                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
705                        "Unsupported output transfer characteristics %d (%s)\n",
706                        s->out_trc, av_color_transfer_name(s->out_trc));
707             }
708             return AVERROR(EINVAL);
709         }
710     }
711
712     s->rgb2rgb_passthrough = s->fast_mode || (s->lrgb2lrgb_passthrough &&
713                              !memcmp(s->in_txchr, s->out_txchr, sizeof(*s->in_txchr)));
714     if (!s->rgb2rgb_passthrough && !s->lin_lut) {
715         res = fill_gamma_table(s);
716         if (res < 0)
717             return res;
718         emms = 1;
719     }
720
721     if (!s->in_lumacoef) {
722         s->in_csp = in->colorspace;
723         if (s->user_iall != CS_UNSPECIFIED)
724             s->in_csp = default_csp[FFMIN(s->user_iall, CS_NB)];
725         if (s->user_icsp != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED)
726             s->in_csp = s->user_icsp;
727         s->in_rng = in->color_range;
728         if (s->user_irng != AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED)
729             s->in_rng = s->user_irng;
730         s->in_lumacoef = get_luma_coefficients(s->in_csp);
731         if (!s->in_lumacoef) {
732             av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
733                    "Unsupported input colorspace %d (%s)\n",
734                    s->in_csp, av_color_space_name(s->in_csp));
735             return AVERROR(EINVAL);
736         }
737         redo_yuv2rgb = 1;
738     }
739
740     if (!s->out_lumacoef) {
741         s->out_csp = out->colorspace;
742         s->out_rng = out->color_range;
743         s->out_lumacoef = get_luma_coefficients(s->out_csp);
744         if (!s->out_lumacoef) {
745             if (s->out_csp == AVCOL_SPC_UNSPECIFIED) {
746                 if (s->user_all == CS_UNSPECIFIED) {
747                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
748                            "Please specify output transfer characteristics\n");
749                 } else {
750                     av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
751                            "Unsupported output color property %d\n", s->user_all);
752                 }
753             } else {
754                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
755                        "Unsupported output transfer characteristics %d (%s)\n",
756                        s->out_csp, av_color_space_name(s->out_csp));
757             }
758             return AVERROR(EINVAL);
759         }
760         redo_rgb2yuv = 1;
761     }
762
763     fmt_identical = in_desc->log2_chroma_h == out_desc->log2_chroma_h &&
764                     in_desc->log2_chroma_w == out_desc->log2_chroma_w;
765     s->yuv2yuv_fastmode = s->rgb2rgb_passthrough && fmt_identical;
766     s->yuv2yuv_passthrough = s->yuv2yuv_fastmode && s->in_rng == s->out_rng &&
767                              !memcmp(s->in_lumacoef, s->out_lumacoef,
768                                      sizeof(*s->in_lumacoef)) &&
769                              in_desc->comp[0].depth == out_desc->comp[0].depth;
770     if (!s->yuv2yuv_passthrough) {
771         if (redo_yuv2rgb) {
772             double rgb2yuv[3][3], (*yuv2rgb)[3] = s->yuv2rgb_dbl_coeffs;
773             int off, bits, in_rng;
774
775             res = get_range_off(ctx, &off, &s->in_y_rng, &s->in_uv_rng,
776                                 s->in_rng, in_desc->comp[0].depth);
777             if (res < 0) {
778                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
779                        "Unsupported input color range %d (%s)\n",
780                        s->in_rng, av_color_range_name(s->in_rng));
781                 return res;
782             }
783             for (n = 0; n < 8; n++)
784                 s->yuv_offset[0][n] = off;
785             fill_rgb2yuv_table(s->in_lumacoef, rgb2yuv);
786             invert_matrix3x3(rgb2yuv, yuv2rgb);
787             bits = 1 << (in_desc->comp[0].depth - 1);
788             for (n = 0; n < 3; n++) {
789                 for (in_rng = s->in_y_rng, m = 0; m < 3; m++, in_rng = s->in_uv_rng) {
790                     s->yuv2rgb_coeffs[n][m][0] = lrint(28672 * bits * yuv2rgb[n][m] / in_rng);
791                     for (o = 1; o < 8; o++)
792                         s->yuv2rgb_coeffs[n][m][o] = s->yuv2rgb_coeffs[n][m][0];
793                 }
794             }
795             av_assert2(s->yuv2rgb_coeffs[0][1][0] == 0);
796             av_assert2(s->yuv2rgb_coeffs[2][2][0] == 0);
797             av_assert2(s->yuv2rgb_coeffs[0][0][0] == s->yuv2rgb_coeffs[1][0][0]);
798             av_assert2(s->yuv2rgb_coeffs[0][0][0] == s->yuv2rgb_coeffs[2][0][0]);
799             s->yuv2rgb = s->dsp.yuv2rgb[(in_desc->comp[0].depth - 8) >> 1]
800                                        [in_desc->log2_chroma_h + in_desc->log2_chroma_w];
801             emms = 1;
802         }
803
804         if (redo_rgb2yuv) {
805             double (*rgb2yuv)[3] = s->rgb2yuv_dbl_coeffs;
806             int off, out_rng, bits;
807
808             res = get_range_off(ctx, &off, &s->out_y_rng, &s->out_uv_rng,
809                                 s->out_rng, out_desc->comp[0].depth);
810             if (res < 0) {
811                 av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
812                        "Unsupported output color range %d (%s)\n",
813                        s->out_rng, av_color_range_name(s->out_rng));
814                 return res;
815             }
816             for (n = 0; n < 8; n++)
817                 s->yuv_offset[1][n] = off;
818             fill_rgb2yuv_table(s->out_lumacoef, rgb2yuv);
819             bits = 1 << (29 - out_desc->comp[0].depth);
820             for (out_rng = s->out_y_rng, n = 0; n < 3; n++, out_rng = s->out_uv_rng) {
821                 for (m = 0; m < 3; m++) {
822                     s->rgb2yuv_coeffs[n][m][0] = lrint(bits * out_rng * rgb2yuv[n][m] / 28672);
823                     for (o = 1; o < 8; o++)
824                         s->rgb2yuv_coeffs[n][m][o] = s->rgb2yuv_coeffs[n][m][0];
825                 }
826             }
827             av_assert2(s->rgb2yuv_coeffs[1][2][0] == s->rgb2yuv_coeffs[2][0][0]);
828             s->rgb2yuv = s->dsp.rgb2yuv[(out_desc->comp[0].depth - 8) >> 1]
829                                        [out_desc->log2_chroma_h + out_desc->log2_chroma_w];
830             s->rgb2yuv_fsb = s->dsp.rgb2yuv_fsb[(out_desc->comp[0].depth - 8) >> 1]
831                                        [out_desc->log2_chroma_h + out_desc->log2_chroma_w];
832             emms = 1;
833         }
834
835         if (s->yuv2yuv_fastmode && (redo_yuv2rgb || redo_rgb2yuv)) {
836             int idepth = in_desc->comp[0].depth, odepth = out_desc->comp[0].depth;
837             double (*rgb2yuv)[3] = s->rgb2yuv_dbl_coeffs;
838             double (*yuv2rgb)[3] = s->yuv2rgb_dbl_coeffs;
839             double yuv2yuv[3][3];
840             int in_rng, out_rng;
841
842             mul3x3(yuv2yuv, yuv2rgb, rgb2yuv);
843             for (out_rng = s->out_y_rng, m = 0; m < 3; m++, out_rng = s->out_uv_rng) {
844                 for (in_rng = s->in_y_rng, n = 0; n < 3; n++, in_rng = s->in_uv_rng) {
845                     s->yuv2yuv_coeffs[m][n][0] =
846                         lrint(16384 * yuv2yuv[m][n] * out_rng * (1 << idepth) /
847                               (in_rng * (1 << odepth)));
848                     for (o = 1; o < 8; o++)
849                         s->yuv2yuv_coeffs[m][n][o] = s->yuv2yuv_coeffs[m][n][0];
850                 }
851             }
852             av_assert2(s->yuv2yuv_coeffs[1][0][0] == 0);
853             av_assert2(s->yuv2yuv_coeffs[2][0][0] == 0);
854             s->yuv2yuv = s->dsp.yuv2yuv[(idepth - 8) >> 1][(odepth - 8) >> 1]
855                                        [in_desc->log2_chroma_h + in_desc->log2_chroma_w];
856         }
857     }
858
859     if (emms)
860         emms_c();
861
862     return 0;
863 }
864
865 static int init(AVFilterContext *ctx)
866 {
867     ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
868
869     ff_colorspacedsp_init(&s->dsp);
870
871     return 0;
872 }
873
874 static void uninit(AVFilterContext *ctx)
875 {
876     ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
877
878     av_freep(&s->rgb[0]);
879     av_freep(&s->rgb[1]);
880     av_freep(&s->rgb[2]);
881     s->rgb_sz = 0;
882     av_freep(&s->dither_scratch_base[0][0]);
883     av_freep(&s->dither_scratch_base[0][1]);
884     av_freep(&s->dither_scratch_base[1][0]);
885     av_freep(&s->dither_scratch_base[1][1]);
886     av_freep(&s->dither_scratch_base[2][0]);
887     av_freep(&s->dither_scratch_base[2][1]);
888
889     av_freep(&s->lin_lut);
890 }
891
892 static int filter_frame(AVFilterLink *link, AVFrame *in)
893 {
894     AVFilterContext *ctx = link->dst;
895     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
896     ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
897     // FIXME if yuv2yuv_passthrough, don't get a new buffer but use the
898     // input one if it is writable *OR* the actual literal values of in_*
899     // and out_* are identical (not just their respective properties)
900     AVFrame *out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
901     int res;
902     ptrdiff_t rgb_stride = FFALIGN(in->width * sizeof(int16_t), 32);
903     unsigned rgb_sz = rgb_stride * in->height;
904     struct ThreadData td;
905
906     if (!out) {
907         av_frame_free(&in);
908         return AVERROR(ENOMEM);
909     }
910     res = av_frame_copy_props(out, in);
911     if (res < 0) {
912         av_frame_free(&in);
913         return res;
914     }
915
916     out->color_primaries = s->user_prm == AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ?
917                            default_prm[FFMIN(s->user_all, CS_NB)] : s->user_prm;
918     if (s->user_trc == AVCOL_TRC_UNSPECIFIED) {
919         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(out->format);
920
921         out->color_trc   = default_trc[FFMIN(s->user_all, CS_NB)];
922         if (out->color_trc == AVCOL_TRC_BT2020_10 && desc && desc->comp[0].depth >= 12)
923             out->color_trc = AVCOL_TRC_BT2020_12;
924     } else {
925         out->color_trc   = s->user_trc;
926     }
927     out->colorspace      = s->user_csp == AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ?
928                            default_csp[FFMIN(s->user_all, CS_NB)] : s->user_csp;
929     out->color_range     = s->user_rng == AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED ?
930                            in->color_range : s->user_rng;
931     if (rgb_sz != s->rgb_sz) {
932         const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(out->format);
933         int uvw = in->width >> desc->log2_chroma_w;
934
935         av_freep(&s->rgb[0]);
936         av_freep(&s->rgb[1]);
937         av_freep(&s->rgb[2]);
938         s->rgb_sz = 0;
939         av_freep(&s->dither_scratch_base[0][0]);
940         av_freep(&s->dither_scratch_base[0][1]);
941         av_freep(&s->dither_scratch_base[1][0]);
942         av_freep(&s->dither_scratch_base[1][1]);
943         av_freep(&s->dither_scratch_base[2][0]);
944         av_freep(&s->dither_scratch_base[2][1]);
945
946         s->rgb[0] = av_malloc(rgb_sz);
947         s->rgb[1] = av_malloc(rgb_sz);
948         s->rgb[2] = av_malloc(rgb_sz);
949         s->dither_scratch_base[0][0] =
950             av_malloc(sizeof(*s->dither_scratch_base[0][0]) * (in->width + 4));
951         s->dither_scratch_base[0][1] =
952             av_malloc(sizeof(*s->dither_scratch_base[0][1]) * (in->width + 4));
953         s->dither_scratch_base[1][0] =
954             av_malloc(sizeof(*s->dither_scratch_base[1][0]) * (uvw + 4));
955         s->dither_scratch_base[1][1] =
956             av_malloc(sizeof(*s->dither_scratch_base[1][1]) * (uvw + 4));
957         s->dither_scratch_base[2][0] =
958             av_malloc(sizeof(*s->dither_scratch_base[2][0]) * (uvw + 4));
959         s->dither_scratch_base[2][1] =
960             av_malloc(sizeof(*s->dither_scratch_base[2][1]) * (uvw + 4));
961         s->dither_scratch[0][0] = &s->dither_scratch_base[0][0][1];
962         s->dither_scratch[0][1] = &s->dither_scratch_base[0][1][1];
963         s->dither_scratch[1][0] = &s->dither_scratch_base[1][0][1];
964         s->dither_scratch[1][1] = &s->dither_scratch_base[1][1][1];
965         s->dither_scratch[2][0] = &s->dither_scratch_base[2][0][1];
966         s->dither_scratch[2][1] = &s->dither_scratch_base[2][1][1];
967         if (!s->rgb[0] || !s->rgb[1] || !s->rgb[2] ||
968             !s->dither_scratch_base[0][0] || !s->dither_scratch_base[0][1] ||
969             !s->dither_scratch_base[1][0] || !s->dither_scratch_base[1][1] ||
970             !s->dither_scratch_base[2][0] || !s->dither_scratch_base[2][1]) {
971             uninit(ctx);
972             return AVERROR(ENOMEM);
973         }
974         s->rgb_sz = rgb_sz;
975     }
976     res = create_filtergraph(ctx, in, out);
977     if (res < 0)
978         return res;
979     s->rgb_stride = rgb_stride / sizeof(int16_t);
980     td.in = in;
981     td.out = out;
982     td.in_linesize[0] = in->linesize[0];
983     td.in_linesize[1] = in->linesize[1];
984     td.in_linesize[2] = in->linesize[2];
985     td.out_linesize[0] = out->linesize[0];
986     td.out_linesize[1] = out->linesize[1];
987     td.out_linesize[2] = out->linesize[2];
988     td.in_ss_h = av_pix_fmt_desc_get(in->format)->log2_chroma_h;
989     td.out_ss_h = av_pix_fmt_desc_get(out->format)->log2_chroma_h;
990     if (s->yuv2yuv_passthrough) {
991         res = av_frame_copy(out, in);
992         if (res < 0)
993             return res;
994     } else {
995         ctx->internal->execute(ctx, convert, &td, NULL,
996                                FFMIN((in->height + 1) >> 1, ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
997     }
998     av_frame_free(&in);
999
1000     return ff_filter_frame(outlink, out);
1001 }
1002
1003 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
1004 {
1005     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
1006         AV_PIX_FMT_YUV420P,   AV_PIX_FMT_YUV422P,   AV_PIX_FMT_YUV444P,
1007         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
1008         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12,
1009         AV_PIX_FMT_YUVJ420P,  AV_PIX_FMT_YUVJ422P,  AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
1010         AV_PIX_FMT_NONE
1011     };
1012     int res;
1013     ColorSpaceContext *s = ctx->priv;
1014     AVFilterFormats *formats = ff_make_format_list(pix_fmts);
1015
1016     if (!formats)
1017         return AVERROR(ENOMEM);
1018     if (s->user_format == AV_PIX_FMT_NONE)
1019         return ff_set_common_formats(ctx, formats);
1020     res = ff_formats_ref(formats, &ctx->inputs[0]->out_formats);
1021     if (res < 0)
1022         return res;
1023     formats = NULL;
1024     res = ff_add_format(&formats, s->user_format);
1025     if (res < 0)
1026         return res;
1027
1028     return ff_formats_ref(formats, &ctx->outputs[0]->in_formats);
1029 }
1030
1031 static int config_props(AVFilterLink *outlink)
1032 {
1033     AVFilterLink *inlink = outlink->src->inputs[0];
1034
1035     outlink->w = inlink->w;
1036     outlink->h = inlink->h;
1037     outlink->sample_aspect_ratio = inlink->sample_aspect_ratio;
1038     outlink->time_base = inlink->time_base;
1039
1040     return 0;
1041 }
1042
1043 #define OFFSET(x) offsetof(ColorSpaceContext, x)
1044 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM | AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
1045 #define ENUM(x, y, z) { x, "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = y }, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, z }
1046
1047 static const AVOption colorspace_options[] = {
1048     { "all",        "Set all color properties together",
1049       OFFSET(user_all),   AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = CS_UNSPECIFIED },
1050       CS_UNSPECIFIED, CS_NB - 1, FLAGS, "all" },
1051     ENUM("bt470m",      CS_BT470M,             "all"),
1052     ENUM("bt470bg",     CS_BT470BG,            "all"),
1053     ENUM("bt601-6-525", CS_BT601_6_525,        "all"),
1054     ENUM("bt601-6-625", CS_BT601_6_625,        "all"),
1055     ENUM("bt709",       CS_BT709,              "all"),
1056     ENUM("smpte170m",   CS_SMPTE170M,          "all"),
1057     ENUM("smpte240m",   CS_SMPTE240M,          "all"),
1058     ENUM("bt2020",      CS_BT2020,             "all"),
1059
1060     { "space",      "Output colorspace",
1061       OFFSET(user_csp),   AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_SPC_UNSPECIFIED },
1062       AVCOL_SPC_RGB, AVCOL_SPC_NB - 1, FLAGS,  "csp"},
1063     ENUM("bt709",       AVCOL_SPC_BT709,       "csp"),
1064     ENUM("fcc",         AVCOL_SPC_FCC,         "csp"),
1065     ENUM("bt470bg",     AVCOL_SPC_BT470BG,     "csp"),
1066     ENUM("smpte170m",   AVCOL_SPC_SMPTE170M,   "csp"),
1067     ENUM("smpte240m",   AVCOL_SPC_SMPTE240M,   "csp"),
1068     ENUM("ycgco",       AVCOL_SPC_YCGCO,       "csp"),
1069     ENUM("bt2020ncl",   AVCOL_SPC_BT2020_NCL,  "csp"),
1070
1071     { "range",      "Output color range",
1072       OFFSET(user_rng),   AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED },
1073       AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED, AVCOL_RANGE_NB - 1, FLAGS, "rng" },
1074     ENUM("tv",          AVCOL_RANGE_MPEG,      "rng"),
1075     ENUM("mpeg",        AVCOL_RANGE_MPEG,      "rng"),
1076     ENUM("pc",          AVCOL_RANGE_JPEG,      "rng"),
1077     ENUM("jpeg",        AVCOL_RANGE_JPEG,      "rng"),
1078
1079     { "primaries",  "Output color primaries",
1080       OFFSET(user_prm),   AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_PRI_UNSPECIFIED },
1081       AVCOL_PRI_RESERVED0, AVCOL_PRI_NB - 1, FLAGS, "prm" },
1082     ENUM("bt709",        AVCOL_PRI_BT709,      "prm"),
1083     ENUM("bt470m",       AVCOL_PRI_BT470M,     "prm"),
1084     ENUM("bt470bg",      AVCOL_PRI_BT470BG,    "prm"),
1085     ENUM("smpte170m",    AVCOL_PRI_SMPTE170M,  "prm"),
1086     ENUM("smpte240m",    AVCOL_PRI_SMPTE240M,  "prm"),
1087     ENUM("smpte431",     AVCOL_PRI_SMPTE431,   "prm"),
1088     ENUM("smpte432",     AVCOL_PRI_SMPTE432,   "prm"),
1089     ENUM("bt2020",       AVCOL_PRI_BT2020,     "prm"),
1090
1091     { "trc",        "Output transfer characteristics",
1092       OFFSET(user_trc),   AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_TRC_UNSPECIFIED },
1093       AVCOL_TRC_RESERVED0, AVCOL_TRC_NB - 1, FLAGS, "trc" },
1094     ENUM("bt709",        AVCOL_TRC_BT709,        "trc"),
1095     ENUM("bt470m",       AVCOL_TRC_GAMMA22,      "trc"),
1096     ENUM("gamma22",      AVCOL_TRC_GAMMA22,      "trc"),
1097     ENUM("bt470bg",      AVCOL_TRC_GAMMA28,      "trc"),
1098     ENUM("gamma28",      AVCOL_TRC_GAMMA28,      "trc"),
1099     ENUM("smpte170m",    AVCOL_TRC_SMPTE170M,    "trc"),
1100     ENUM("smpte240m",    AVCOL_TRC_SMPTE240M,    "trc"),
1101     ENUM("srgb",         AVCOL_TRC_IEC61966_2_1, "trc"),
1102     ENUM("iec61966-2-1", AVCOL_TRC_IEC61966_2_1, "trc"),
1103     ENUM("xvycc",        AVCOL_TRC_IEC61966_2_4, "trc"),
1104     ENUM("iec61966-2-4", AVCOL_TRC_IEC61966_2_4, "trc"),
1105     ENUM("bt2020-10",    AVCOL_TRC_BT2020_10,    "trc"),
1106     ENUM("bt2020-12",    AVCOL_TRC_BT2020_12,    "trc"),
1107
1108     { "format",   "Output pixel format",
1109       OFFSET(user_format), AV_OPT_TYPE_INT,  { .i64 = AV_PIX_FMT_NONE },
1110       AV_PIX_FMT_NONE, AV_PIX_FMT_GBRAP12LE, FLAGS, "fmt" },
1111     ENUM("yuv420p",   AV_PIX_FMT_YUV420P,   "fmt"),
1112     ENUM("yuv420p10", AV_PIX_FMT_YUV420P10, "fmt"),
1113     ENUM("yuv420p12", AV_PIX_FMT_YUV420P12, "fmt"),
1114     ENUM("yuv422p",   AV_PIX_FMT_YUV422P,   "fmt"),
1115     ENUM("yuv422p10", AV_PIX_FMT_YUV422P10, "fmt"),
1116     ENUM("yuv422p12", AV_PIX_FMT_YUV422P12, "fmt"),
1117     ENUM("yuv444p",   AV_PIX_FMT_YUV444P,   "fmt"),
1118     ENUM("yuv444p10", AV_PIX_FMT_YUV444P10, "fmt"),
1119     ENUM("yuv444p12", AV_PIX_FMT_YUV444P12, "fmt"),
1120
1121     { "fast",     "Ignore primary chromaticity and gamma correction",
1122       OFFSET(fast_mode), AV_OPT_TYPE_BOOL,  { .i64 = 0    },
1123       0, 1, FLAGS },
1124
1125     { "dither",   "Dithering mode",
1126       OFFSET(dither), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = DITHER_NONE },
1127       DITHER_NONE, DITHER_NB - 1, FLAGS, "dither" },
1128     ENUM("none", DITHER_NONE, "dither"),
1129     ENUM("fsb",  DITHER_FSB,  "dither"),
1130
1131     { "wpadapt", "Whitepoint adaptation method",
1132       OFFSET(wp_adapt), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = WP_ADAPT_BRADFORD },
1133       WP_ADAPT_BRADFORD, NB_WP_ADAPT - 1, FLAGS, "wpadapt" },
1134     ENUM("bradford", WP_ADAPT_BRADFORD, "wpadapt"),
1135     ENUM("vonkries", WP_ADAPT_VON_KRIES, "wpadapt"),
1136     ENUM("identity", WP_ADAPT_IDENTITY, "wpadapt"),
1137
1138     { "iall",       "Set all input color properties together",
1139       OFFSET(user_iall),   AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = CS_UNSPECIFIED },
1140       CS_UNSPECIFIED, CS_NB - 1, FLAGS, "all" },
1141     { "ispace",     "Input colorspace",
1142       OFFSET(user_icsp),  AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_SPC_UNSPECIFIED },
1143       AVCOL_PRI_RESERVED0, AVCOL_PRI_NB - 1, FLAGS, "csp" },
1144     { "irange",     "Input color range",
1145       OFFSET(user_irng),  AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED },
1146       AVCOL_RANGE_UNSPECIFIED, AVCOL_RANGE_NB - 1, FLAGS, "rng" },
1147     { "iprimaries", "Input color primaries",
1148       OFFSET(user_iprm),  AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_PRI_UNSPECIFIED },
1149       AVCOL_PRI_RESERVED0, AVCOL_PRI_NB - 1, FLAGS, "prm" },
1150     { "itrc",       "Input transfer characteristics",
1151       OFFSET(user_itrc),  AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = AVCOL_TRC_UNSPECIFIED },
1152       AVCOL_TRC_RESERVED0, AVCOL_TRC_NB - 1, FLAGS, "trc" },
1153
1154     { NULL }
1155 };
1156
1157 AVFILTER_DEFINE_CLASS(colorspace);
1158
1159 static const AVFilterPad inputs[] = {
1160     {
1161         .name         = "default",
1162         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1163         .filter_frame = filter_frame,
1164     },
1165     { NULL }
1166 };
1167
1168 static const AVFilterPad outputs[] = {
1169     {
1170         .name         = "default",
1171         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1172         .config_props = config_props,
1173     },
1174     { NULL }
1175 };
1176
1177 AVFilter ff_vf_colorspace = {
1178     .name            = "colorspace",
1179     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Convert between colorspaces."),
1180     .init            = init,
1181     .uninit          = uninit,
1182     .query_formats   = query_formats,
1183     .priv_size       = sizeof(ColorSpaceContext),
1184     .priv_class      = &colorspace_class,
1185     .inputs          = inputs,
1186     .outputs         = outputs,
1187     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC | AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
1188 };