avfilter/vf_thumbnail_cuda: Avoid mixing declaration and statements
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_edgedetect.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2012-2014 Clément Bœsch <u pkh me>
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  * Edge detection filter
24  *
25  * @see https://en.wikipedia.org/wiki/Canny_edge_detector
26  */
27
28 #include "libavutil/avassert.h"
29 #include "libavutil/opt.h"
30 #include "avfilter.h"
31 #include "formats.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "video.h"
34
35 enum FilterMode {
36     MODE_WIRES,
37     MODE_COLORMIX,
38     NB_MODE
39 };
40
41 struct plane_info {
42     uint8_t  *tmpbuf;
43     uint16_t *gradients;
44     char     *directions;
45 };
46
47 typedef struct EdgeDetectContext {
48     const AVClass *class;
49     struct plane_info planes[3];
50     int nb_planes;
51     double   low, high;
52     uint8_t  low_u8, high_u8;
53     int mode;
54 } EdgeDetectContext;
55
56 #define OFFSET(x) offsetof(EdgeDetectContext, x)
57 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
58 static const AVOption edgedetect_options[] = {
59     { "high", "set high threshold", OFFSET(high), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=50/255.}, 0, 1, FLAGS },
60     { "low",  "set low threshold",  OFFSET(low),  AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl=20/255.}, 0, 1, FLAGS },
61     { "mode", "set mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=MODE_WIRES}, 0, NB_MODE-1, FLAGS, "mode" },
62         { "wires",    "white/gray wires on black",  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_WIRES},    INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
63         { "colormix", "mix colors",                 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=MODE_COLORMIX}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
64     { NULL }
65 };
66
67 AVFILTER_DEFINE_CLASS(edgedetect);
68
69 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
70 {
71     EdgeDetectContext *edgedetect = ctx->priv;
72
73     edgedetect->low_u8  = edgedetect->low  * 255. + .5;
74     edgedetect->high_u8 = edgedetect->high * 255. + .5;
75     return 0;
76 }
77
78 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
79 {
80     const EdgeDetectContext *edgedetect = ctx->priv;
81     static const enum AVPixelFormat wires_pix_fmts[] = {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE};
82     static const enum AVPixelFormat colormix_pix_fmts[] = {AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE};
83     AVFilterFormats *fmts_list;
84     const enum AVPixelFormat *pix_fmts = NULL;
85
86     if (edgedetect->mode == MODE_WIRES) {
87         pix_fmts = wires_pix_fmts;
88     } else if (edgedetect->mode == MODE_COLORMIX) {
89         pix_fmts = colormix_pix_fmts;
90     } else {
91         av_assert0(0);
92     }
93     fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
94     if (!fmts_list)
95         return AVERROR(ENOMEM);
96     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
97 }
98
99 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
100 {
101     int p;
102     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
103     EdgeDetectContext *edgedetect = ctx->priv;
104
105     edgedetect->nb_planes = inlink->format == AV_PIX_FMT_GRAY8 ? 1 : 3;
106     for (p = 0; p < edgedetect->nb_planes; p++) {
107         struct plane_info *plane = &edgedetect->planes[p];
108
109         plane->tmpbuf     = av_malloc(inlink->w * inlink->h);
110         plane->gradients  = av_calloc(inlink->w * inlink->h, sizeof(*plane->gradients));
111         plane->directions = av_malloc(inlink->w * inlink->h);
112         if (!plane->tmpbuf || !plane->gradients || !plane->directions)
113             return AVERROR(ENOMEM);
114     }
115     return 0;
116 }
117
118 static void gaussian_blur(AVFilterContext *ctx, int w, int h,
119                                 uint8_t *dst, int dst_linesize,
120                           const uint8_t *src, int src_linesize)
121 {
122     int i, j;
123
124     memcpy(dst, src, w); dst += dst_linesize; src += src_linesize;
125     memcpy(dst, src, w); dst += dst_linesize; src += src_linesize;
126     for (j = 2; j < h - 2; j++) {
127         dst[0] = src[0];
128         dst[1] = src[1];
129         for (i = 2; i < w - 2; i++) {
130             /* Gaussian mask of size 5x5 with sigma = 1.4 */
131             dst[i] = ((src[-2*src_linesize + i-2] + src[2*src_linesize + i-2]) * 2
132                     + (src[-2*src_linesize + i-1] + src[2*src_linesize + i-1]) * 4
133                     + (src[-2*src_linesize + i  ] + src[2*src_linesize + i  ]) * 5
134                     + (src[-2*src_linesize + i+1] + src[2*src_linesize + i+1]) * 4
135                     + (src[-2*src_linesize + i+2] + src[2*src_linesize + i+2]) * 2
136
137                     + (src[  -src_linesize + i-2] + src[  src_linesize + i-2]) *  4
138                     + (src[  -src_linesize + i-1] + src[  src_linesize + i-1]) *  9
139                     + (src[  -src_linesize + i  ] + src[  src_linesize + i  ]) * 12
140                     + (src[  -src_linesize + i+1] + src[  src_linesize + i+1]) *  9
141                     + (src[  -src_linesize + i+2] + src[  src_linesize + i+2]) *  4
142
143                     + src[i-2] *  5
144                     + src[i-1] * 12
145                     + src[i  ] * 15
146                     + src[i+1] * 12
147                     + src[i+2] *  5) / 159;
148         }
149         dst[i    ] = src[i    ];
150         dst[i + 1] = src[i + 1];
151
152         dst += dst_linesize;
153         src += src_linesize;
154     }
155     memcpy(dst, src, w); dst += dst_linesize; src += src_linesize;
156     memcpy(dst, src, w);
157 }
158
159 enum {
160     DIRECTION_45UP,
161     DIRECTION_45DOWN,
162     DIRECTION_HORIZONTAL,
163     DIRECTION_VERTICAL,
164 };
165
166 static int get_rounded_direction(int gx, int gy)
167 {
168     /* reference angles:
169      *   tan( pi/8) = sqrt(2)-1
170      *   tan(3pi/8) = sqrt(2)+1
171      * Gy/Gx is the tangent of the angle (theta), so Gy/Gx is compared against
172      * <ref-angle>, or more simply Gy against <ref-angle>*Gx
173      *
174      * Gx and Gy bounds = [-1020;1020], using 16-bit arithmetic:
175      *   round((sqrt(2)-1) * (1<<16)) =  27146
176      *   round((sqrt(2)+1) * (1<<16)) = 158218
177      */
178     if (gx) {
179         int tanpi8gx, tan3pi8gx;
180
181         if (gx < 0)
182             gx = -gx, gy = -gy;
183         gy <<= 16;
184         tanpi8gx  =  27146 * gx;
185         tan3pi8gx = 158218 * gx;
186         if (gy > -tan3pi8gx && gy < -tanpi8gx)  return DIRECTION_45UP;
187         if (gy > -tanpi8gx  && gy <  tanpi8gx)  return DIRECTION_HORIZONTAL;
188         if (gy >  tanpi8gx  && gy <  tan3pi8gx) return DIRECTION_45DOWN;
189     }
190     return DIRECTION_VERTICAL;
191 }
192
193 static void sobel(int w, int h,
194                        uint16_t *dst, int dst_linesize,
195                          int8_t *dir, int dir_linesize,
196                   const uint8_t *src, int src_linesize)
197 {
198     int i, j;
199
200     for (j = 1; j < h - 1; j++) {
201         dst += dst_linesize;
202         dir += dir_linesize;
203         src += src_linesize;
204         for (i = 1; i < w - 1; i++) {
205             const int gx =
206                 -1*src[-src_linesize + i-1] + 1*src[-src_linesize + i+1]
207                 -2*src[                i-1] + 2*src[                i+1]
208                 -1*src[ src_linesize + i-1] + 1*src[ src_linesize + i+1];
209             const int gy =
210                 -1*src[-src_linesize + i-1] + 1*src[ src_linesize + i-1]
211                 -2*src[-src_linesize + i  ] + 2*src[ src_linesize + i  ]
212                 -1*src[-src_linesize + i+1] + 1*src[ src_linesize + i+1];
213
214             dst[i] = FFABS(gx) + FFABS(gy);
215             dir[i] = get_rounded_direction(gx, gy);
216         }
217     }
218 }
219
220 static void non_maximum_suppression(int w, int h,
221                                           uint8_t  *dst, int dst_linesize,
222                                     const  int8_t  *dir, int dir_linesize,
223                                     const uint16_t *src, int src_linesize)
224 {
225     int i, j;
226
227 #define COPY_MAXIMA(ay, ax, by, bx) do {                \
228     if (src[i] > src[(ay)*src_linesize + i+(ax)] &&     \
229         src[i] > src[(by)*src_linesize + i+(bx)])       \
230         dst[i] = av_clip_uint8(src[i]);                 \
231 } while (0)
232
233     for (j = 1; j < h - 1; j++) {
234         dst += dst_linesize;
235         dir += dir_linesize;
236         src += src_linesize;
237         for (i = 1; i < w - 1; i++) {
238             switch (dir[i]) {
239             case DIRECTION_45UP:        COPY_MAXIMA( 1, -1, -1,  1); break;
240             case DIRECTION_45DOWN:      COPY_MAXIMA(-1, -1,  1,  1); break;
241             case DIRECTION_HORIZONTAL:  COPY_MAXIMA( 0, -1,  0,  1); break;
242             case DIRECTION_VERTICAL:    COPY_MAXIMA(-1,  0,  1,  0); break;
243             }
244         }
245     }
246 }
247
248 static void double_threshold(int low, int high, int w, int h,
249                                    uint8_t *dst, int dst_linesize,
250                              const uint8_t *src, int src_linesize)
251 {
252     int i, j;
253
254     for (j = 0; j < h; j++) {
255         for (i = 0; i < w; i++) {
256             if (src[i] > high) {
257                 dst[i] = src[i];
258                 continue;
259             }
260
261             if ((!i || i == w - 1 || !j || j == h - 1) &&
262                 src[i] > low &&
263                 (src[-src_linesize + i-1] > high ||
264                  src[-src_linesize + i  ] > high ||
265                  src[-src_linesize + i+1] > high ||
266                  src[                i-1] > high ||
267                  src[                i+1] > high ||
268                  src[ src_linesize + i-1] > high ||
269                  src[ src_linesize + i  ] > high ||
270                  src[ src_linesize + i+1] > high))
271                 dst[i] = src[i];
272             else
273                 dst[i] = 0;
274         }
275         dst += dst_linesize;
276         src += src_linesize;
277     }
278 }
279
280 static void color_mix(int w, int h,
281                             uint8_t *dst, int dst_linesize,
282                       const uint8_t *src, int src_linesize)
283 {
284     int i, j;
285
286     for (j = 0; j < h; j++) {
287         for (i = 0; i < w; i++)
288             dst[i] = (dst[i] + src[i]) >> 1;
289         dst += dst_linesize;
290         src += src_linesize;
291     }
292 }
293
294 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
295 {
296     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
297     EdgeDetectContext *edgedetect = ctx->priv;
298     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
299     int p, direct = 0;
300     AVFrame *out;
301
302     if (edgedetect->mode != MODE_COLORMIX && av_frame_is_writable(in)) {
303         direct = 1;
304         out = in;
305     } else {
306         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
307         if (!out) {
308             av_frame_free(&in);
309             return AVERROR(ENOMEM);
310         }
311         av_frame_copy_props(out, in);
312     }
313
314     for (p = 0; p < edgedetect->nb_planes; p++) {
315         struct plane_info *plane = &edgedetect->planes[p];
316         uint8_t  *tmpbuf     = plane->tmpbuf;
317         uint16_t *gradients  = plane->gradients;
318         int8_t   *directions = plane->directions;
319
320         /* gaussian filter to reduce noise  */
321         gaussian_blur(ctx, inlink->w, inlink->h,
322                       tmpbuf,      inlink->w,
323                       in->data[p], in->linesize[p]);
324
325         /* compute the 16-bits gradients and directions for the next step */
326         sobel(inlink->w, inlink->h,
327               gradients, inlink->w,
328               directions,inlink->w,
329               tmpbuf,    inlink->w);
330
331         /* non_maximum_suppression() will actually keep & clip what's necessary and
332          * ignore the rest, so we need a clean output buffer */
333         memset(tmpbuf, 0, inlink->w * inlink->h);
334         non_maximum_suppression(inlink->w, inlink->h,
335                                 tmpbuf,    inlink->w,
336                                 directions,inlink->w,
337                                 gradients, inlink->w);
338
339         /* keep high values, or low values surrounded by high values */
340         double_threshold(edgedetect->low_u8, edgedetect->high_u8,
341                          inlink->w, inlink->h,
342                          out->data[p], out->linesize[p],
343                          tmpbuf,       inlink->w);
344
345         if (edgedetect->mode == MODE_COLORMIX) {
346             color_mix(inlink->w, inlink->h,
347                       out->data[p], out->linesize[p],
348                       in->data[p], in->linesize[p]);
349         }
350     }
351
352     if (!direct)
353         av_frame_free(&in);
354     return ff_filter_frame(outlink, out);
355 }
356
357 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
358 {
359     int p;
360     EdgeDetectContext *edgedetect = ctx->priv;
361
362     for (p = 0; p < edgedetect->nb_planes; p++) {
363         struct plane_info *plane = &edgedetect->planes[p];
364         av_freep(&plane->tmpbuf);
365         av_freep(&plane->gradients);
366         av_freep(&plane->directions);
367     }
368 }
369
370 static const AVFilterPad edgedetect_inputs[] = {
371     {
372         .name         = "default",
373         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
374         .config_props = config_props,
375         .filter_frame = filter_frame,
376     },
377     { NULL }
378 };
379
380 static const AVFilterPad edgedetect_outputs[] = {
381     {
382         .name = "default",
383         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
384     },
385     { NULL }
386 };
387
388 AVFilter ff_vf_edgedetect = {
389     .name          = "edgedetect",
390     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Detect and draw edge."),
391     .priv_size     = sizeof(EdgeDetectContext),
392     .init          = init,
393     .uninit        = uninit,
394     .query_formats = query_formats,
395     .inputs        = edgedetect_inputs,
396     .outputs       = edgedetect_outputs,
397     .priv_class    = &edgedetect_class,
398     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
399 };