avfilter/vf_fftfilt: increase RDFT length by 10%
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_fftfilt.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2015 Arwa Arif <arwaarif1994@gmail.com>
3  *
4  * This file is part of FFmpeg.
5  *
6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify it
7  * under the terms of the GNU Lesser General Public License as published
8  * by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License,
9  * 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  * FFT domain filtering.
24  */
25
26 #include "libavfilter/internal.h"
27 #include "libavutil/common.h"
28 #include "libavutil/imgutils.h"
29 #include "libavutil/opt.h"
30 #include "libavutil/pixdesc.h"
31 #include "libavcodec/avfft.h"
32 #include "libavutil/eval.h"
33
34 typedef struct {
35     const AVClass *class;
36
37     RDFTContext *rdft;
38     int rdft_hbits[3];
39     int rdft_vbits[3];
40     size_t rdft_hlen[3];
41     size_t rdft_vlen[3];
42     FFTSample *rdft_hdata[3];
43     FFTSample *rdft_vdata[3];
44
45     int dc[3];
46     char *weight_str[3];
47     AVExpr *weight_expr[3];
48     double *weight[3];
49
50 } FFTFILTContext;
51
52 static const char *const var_names[] = {   "X",   "Y",   "W",   "H",     NULL    };
53 enum                                   { VAR_X, VAR_Y, VAR_W, VAR_H, VAR_VARS_NB };
54
55 enum { Y = 0, U, V };
56
57 #define OFFSET(x) offsetof(FFTFILTContext, x)
58 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
59
60 static const AVOption fftfilt_options[] = {
61     { "dc_Y",  "adjust gain in Y plane",              OFFSET(dc[Y]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
62     { "dc_U",  "adjust gain in U plane",              OFFSET(dc[U]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
63     { "dc_V",  "adjust gain in V plane",              OFFSET(dc[V]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
64     { "weight_Y", "set luminance expression in Y plane",   OFFSET(weight_str[Y]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "1"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
65     { "weight_U", "set chrominance expression in U plane", OFFSET(weight_str[U]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
66     { "weight_V", "set chrominance expression in V plane", OFFSET(weight_str[V]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
67     {NULL},
68 };
69
70 AVFILTER_DEFINE_CLASS(fftfilt);
71
72 static inline double lum(void *priv, double x, double y, int plane)
73 {
74     FFTFILTContext *fftfilt = priv;
75     return fftfilt->rdft_vdata[plane][(int)x * fftfilt->rdft_vlen[plane] + (int)y];
76 }
77
78 static double weight_Y(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, Y); }
79 static double weight_U(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, U); }
80 static double weight_V(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, V); }
81
82 static void copy_rev (FFTSample *dest, int w, int w2)
83 {
84     int i;
85
86     for (i = w; i < w + (w2-w)/2; i++)
87         dest[i] = dest[2*w - i - 1];
88
89     for (; i < w2; i++)
90         dest[i] = dest[w2 - i];
91 }
92
93 /*Horizontal pass - RDFT*/
94 static void rdft_horizontal(FFTFILTContext *fftfilt, AVFrame *in, int w, int h, int plane)
95 {
96     int i, j;
97     fftfilt->rdft = av_rdft_init(fftfilt->rdft_hbits[plane], DFT_R2C);
98
99     for (i = 0; i < h; i++) {
100         for (j = 0; j < w; j++)
101             fftfilt->rdft_hdata[plane][i * fftfilt->rdft_hlen[plane] + j] = *(in->data[plane] + in->linesize[plane] * i + j);
102
103         copy_rev(fftfilt->rdft_hdata[plane] + i * fftfilt->rdft_hlen[plane], w, fftfilt->rdft_hlen[plane]);
104     }
105
106     for (i = 0; i < h; i++)
107         av_rdft_calc(fftfilt->rdft, fftfilt->rdft_hdata[plane] + i * fftfilt->rdft_hlen[plane]);
108
109     av_rdft_end(fftfilt->rdft);
110 }
111
112 /*Vertical pass - RDFT*/
113 static void rdft_vertical(FFTFILTContext *fftfilt, int h, int plane)
114 {
115     int i, j;
116     fftfilt->rdft = av_rdft_init(fftfilt->rdft_vbits[plane], DFT_R2C);
117
118     for (i = 0; i < fftfilt->rdft_hlen[plane]; i++) {
119         for (j = 0; j < h; j++)
120             fftfilt->rdft_vdata[plane][i * fftfilt->rdft_vlen[plane] + j] =
121             fftfilt->rdft_hdata[plane][j * fftfilt->rdft_hlen[plane] + i];
122         copy_rev(fftfilt->rdft_vdata[plane] + i * fftfilt->rdft_vlen[plane], h, fftfilt->rdft_vlen[plane]);
123     }
124
125     for (i = 0; i < fftfilt->rdft_hlen[plane]; i++)
126         av_rdft_calc(fftfilt->rdft, fftfilt->rdft_vdata[plane] + i * fftfilt->rdft_vlen[plane]);
127
128     av_rdft_end(fftfilt->rdft);
129 }
130 /*Vertical pass - IRDFT*/
131 static void irdft_vertical(FFTFILTContext *fftfilt, int h, int plane)
132 {
133     int i, j;
134     fftfilt->rdft = av_rdft_init(fftfilt->rdft_vbits[plane], IDFT_C2R);
135     for (i = 0; i < fftfilt->rdft_hlen[plane]; i++)
136         av_rdft_calc(fftfilt->rdft, fftfilt->rdft_vdata[plane] + i * fftfilt->rdft_vlen[plane]);
137
138     for (i = 0; i < fftfilt->rdft_hlen[plane]; i++)
139         for (j = 0; j < h; j++)
140             fftfilt->rdft_hdata[plane][j * fftfilt->rdft_hlen[plane] + i] =
141             fftfilt->rdft_vdata[plane][i * fftfilt->rdft_vlen[plane] + j];
142
143     av_rdft_end(fftfilt->rdft);
144 }
145
146 /*Horizontal pass - IRDFT*/
147 static void irdft_horizontal(FFTFILTContext *fftfilt, AVFrame *out, int w, int h, int plane)
148 {
149     int i, j;
150     fftfilt->rdft = av_rdft_init(fftfilt->rdft_hbits[plane], IDFT_C2R);
151     for (i = 0; i < h; i++)
152         av_rdft_calc(fftfilt->rdft, fftfilt->rdft_hdata[plane] + i * fftfilt->rdft_hlen[plane]);
153
154     for (i = 0; i < h; i++)
155         for (j = 0; j < w; j++)
156             *(out->data[plane] + out->linesize[plane] * i + j) = av_clip(fftfilt->rdft_hdata[plane][i
157                                                                          *fftfilt->rdft_hlen[plane] + j] * 4 /
158                                                                          (fftfilt->rdft_hlen[plane] *
159                                                                           fftfilt->rdft_vlen[plane]), 0, 255);
160
161     av_rdft_end(fftfilt->rdft);
162 }
163
164 static av_cold int initialize(AVFilterContext *ctx)
165 {
166     FFTFILTContext *fftfilt = ctx->priv;
167     int ret = 0, plane;
168
169     if (!fftfilt->dc[U] && !fftfilt->dc[V]) {
170         fftfilt->dc[U] = fftfilt->dc[Y];
171         fftfilt->dc[V] = fftfilt->dc[Y];
172     } else {
173         if (!fftfilt->dc[U]) fftfilt->dc[U] = fftfilt->dc[V];
174         if (!fftfilt->dc[V]) fftfilt->dc[V] = fftfilt->dc[U];
175     }
176
177     if (!fftfilt->weight_str[U] && !fftfilt->weight_str[V]) {
178         fftfilt->weight_str[U] = av_strdup(fftfilt->weight_str[Y]);
179         fftfilt->weight_str[V] = av_strdup(fftfilt->weight_str[Y]);
180     } else {
181         if (!fftfilt->weight_str[U]) fftfilt->weight_str[U] = av_strdup(fftfilt->weight_str[V]);
182         if (!fftfilt->weight_str[V]) fftfilt->weight_str[V] = av_strdup(fftfilt->weight_str[U]);
183     }
184
185     for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
186         static double (*p[])(void *, double, double) = { weight_Y, weight_U, weight_V };
187         const char *const func2_names[] = {"weight_Y", "weight_U", "weight_V", NULL };
188         double (*func2[])(void *, double, double) = { weight_Y, weight_U, weight_V, p[plane], NULL };
189
190         ret = av_expr_parse(&fftfilt->weight_expr[plane], fftfilt->weight_str[plane], var_names,
191                             NULL, NULL, func2_names, func2, 0, ctx);
192         if (ret < 0)
193             break;
194     }
195     return ret;
196 }
197
198 static int config_props(AVFilterLink *inlink)
199 {
200     FFTFILTContext *fftfilt = inlink->dst->priv;
201     const AVPixFmtDescriptor *desc;
202     int rdft_hbits, rdft_vbits, i, j, plane;
203     double values[VAR_VARS_NB];
204
205     desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
206     for (i = 0; i < desc->nb_components; i++) {
207         int w = inlink->w;
208         int h = inlink->h;
209
210         /* RDFT - Array initialization for Horizontal pass*/
211         for (rdft_hbits = 1; 1 << rdft_hbits < w*10/9; rdft_hbits++);
212         fftfilt->rdft_hbits[i] = rdft_hbits;
213         fftfilt->rdft_hlen[i] = 1 << rdft_hbits;
214         if (!(fftfilt->rdft_hdata[i] = av_malloc_array(h, fftfilt->rdft_hlen[i] * sizeof(FFTSample))))
215             return AVERROR(ENOMEM);
216
217         /* RDFT - Array initialization for Vertical pass*/
218         for (rdft_vbits = 1; 1 << rdft_vbits < h*10/9; rdft_vbits++);
219         fftfilt->rdft_vbits[i] = rdft_vbits;
220         fftfilt->rdft_vlen[i] = 1 << rdft_vbits;
221         if (!(fftfilt->rdft_vdata[i] = av_malloc_array(fftfilt->rdft_hlen[i], fftfilt->rdft_vlen[i] * sizeof(FFTSample))))
222             return AVERROR(ENOMEM);
223     }
224
225     /*Luminance value - Array initialization*/
226     values[VAR_W] = inlink->w;
227     values[VAR_H] = inlink->h;
228     for (plane = 0; plane < 3; plane++)
229     {
230         if(!(fftfilt->weight[plane] = av_malloc_array(fftfilt->rdft_hlen[plane], fftfilt->rdft_vlen[plane] * sizeof(double))))
231             return AVERROR(ENOMEM);
232         for (i = 0; i < fftfilt->rdft_hlen[plane]; i++)
233         {
234             values[VAR_X] = i;
235             for (j = 0; j < fftfilt->rdft_vlen[plane]; j++)
236             {
237                 values[VAR_Y] = j;
238                 fftfilt->weight[plane][i * fftfilt->rdft_vlen[plane] + j] =
239                 av_expr_eval(fftfilt->weight_expr[plane], values, fftfilt);
240             }
241         }
242     }
243     return 0;
244 }
245
246 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
247 {
248     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
249     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
250     const AVPixFmtDescriptor *desc;
251     FFTFILTContext *fftfilt = ctx->priv;
252     AVFrame *out;
253     int i, j, plane;
254
255     out = ff_get_video_buffer(outlink, inlink->w, inlink->h);
256     if (!out)
257         return AVERROR(ENOMEM);
258
259     av_frame_copy_props(out, in);
260
261     desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
262     for (plane = 0; plane < desc->nb_components; plane++) {
263         int w = inlink->w;
264         int h = inlink->h;
265
266         if (plane == 1 || plane == 2) {
267             w = FF_CEIL_RSHIFT(w, desc->log2_chroma_w);
268             h = FF_CEIL_RSHIFT(h, desc->log2_chroma_h);
269         }
270
271         rdft_horizontal(fftfilt, in, w, h, plane);
272         rdft_vertical(fftfilt, h, plane);
273
274         /*Change user defined parameters*/
275         for (i = 0; i < fftfilt->rdft_hlen[plane]; i++)
276             for (j = 0; j < fftfilt->rdft_vlen[plane]; j++)
277                 fftfilt->rdft_vdata[plane][i * fftfilt->rdft_vlen[plane] + j] *=
278                   fftfilt->weight[plane][i * fftfilt->rdft_vlen[plane] + j];
279
280         fftfilt->rdft_vdata[plane][0] += fftfilt->rdft_hlen[plane] * fftfilt->rdft_vlen[plane] * fftfilt->dc[plane];
281
282         irdft_vertical(fftfilt, h, plane);
283         irdft_horizontal(fftfilt, out, w, h, plane);
284     }
285
286     av_frame_free(&in);
287     return ff_filter_frame(outlink, out);
288 }
289
290 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
291 {
292     FFTFILTContext *fftfilt = ctx->priv;
293     int i;
294     for (i = 0; i < 3; i++) {
295         av_free(fftfilt->rdft_hdata[i]);
296         av_free(fftfilt->rdft_vdata[i]);
297         av_expr_free(fftfilt->weight_expr[i]);
298         av_free(fftfilt->weight[i]);
299     }
300 }
301
302 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
303 {
304     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts_fftfilt[] = {
305         AV_PIX_FMT_GRAY8,
306         AV_PIX_FMT_YUV444P,
307         AV_PIX_FMT_NONE
308     };
309
310     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pixel_fmts_fftfilt));
311
312     return 0;
313 }
314
315 static const AVFilterPad fftfilt_inputs[] = {
316     {
317         .name = "default",
318         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
319         .config_props = config_props,
320         .filter_frame = filter_frame,
321     },
322     { NULL }
323 };
324
325 static const AVFilterPad fftfilt_outputs[] = {
326     {
327         .name = "default",
328         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
329     },
330     { NULL }
331 };
332
333 AVFilter ff_vf_fftfilt = {
334     .name            = "fftfilt",
335     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply arbitrary expressions to samples in frequency domain"),
336     .priv_size       = sizeof(FFTFILTContext),
337     .priv_class      = &fftfilt_class,
338     .inputs          = fftfilt_inputs,
339     .outputs         = fftfilt_outputs,
340     .query_formats   = query_formats,
341     .init            = initialize,
342     .uninit          = uninit,
343 };