avfilter/vf_fftfilt: add generic timeline support
[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 #define MAX_PLANES 4
35
36 typedef struct FFTFILTContext {
37     const AVClass *class;
38
39     int depth;
40     int nb_planes;
41     int planewidth[MAX_PLANES];
42     int planeheight[MAX_PLANES];
43
44     RDFTContext *hrdft[MAX_PLANES];
45     RDFTContext *vrdft[MAX_PLANES];
46     RDFTContext *ihrdft[MAX_PLANES];
47     RDFTContext *ivrdft[MAX_PLANES];
48     int rdft_hbits[MAX_PLANES];
49     int rdft_vbits[MAX_PLANES];
50     size_t rdft_hlen[MAX_PLANES];
51     size_t rdft_vlen[MAX_PLANES];
52     FFTSample *rdft_hdata[MAX_PLANES];
53     FFTSample *rdft_vdata[MAX_PLANES];
54
55     int dc[MAX_PLANES];
56     char *weight_str[MAX_PLANES];
57     AVExpr *weight_expr[MAX_PLANES];
58     double *weight[MAX_PLANES];
59
60 } FFTFILTContext;
61
62 static const char *const var_names[] = {   "X",   "Y",   "W",   "H",     NULL    };
63 enum                                   { VAR_X, VAR_Y, VAR_W, VAR_H, VAR_VARS_NB };
64
65 enum { Y = 0, U, V };
66
67 #define OFFSET(x) offsetof(FFTFILTContext, x)
68 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
69
70 static const AVOption fftfilt_options[] = {
71     { "dc_Y",  "adjust gain in Y plane",              OFFSET(dc[Y]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
72     { "dc_U",  "adjust gain in U plane",              OFFSET(dc[U]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
73     { "dc_V",  "adjust gain in V plane",              OFFSET(dc[V]),      AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = 0},      0,     1000,     FLAGS },
74     { "weight_Y", "set luminance expression in Y plane",   OFFSET(weight_str[Y]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "1"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
75     { "weight_U", "set chrominance expression in U plane", OFFSET(weight_str[U]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
76     { "weight_V", "set chrominance expression in V plane", OFFSET(weight_str[V]), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = NULL}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
77     {NULL},
78 };
79
80 AVFILTER_DEFINE_CLASS(fftfilt);
81
82 static inline double lum(void *priv, double x, double y, int plane)
83 {
84     FFTFILTContext *s = priv;
85     return s->rdft_vdata[plane][(int)x * s->rdft_vlen[plane] + (int)y];
86 }
87
88 static double weight_Y(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, Y); }
89 static double weight_U(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, U); }
90 static double weight_V(void *priv, double x, double y) { return lum(priv, x, y, V); }
91
92 static void copy_rev (FFTSample *dest, int w, int w2)
93 {
94     int i;
95
96     for (i = w; i < w + (w2-w)/2; i++)
97         dest[i] = dest[2*w - i - 1];
98
99     for (; i < w2; i++)
100         dest[i] = dest[w2 - i];
101 }
102
103 /*Horizontal pass - RDFT*/
104 static void rdft_horizontal(FFTFILTContext *s, AVFrame *in, int w, int h, int plane)
105 {
106     int i, j;
107
108     for (i = 0; i < h; i++) {
109         for (j = 0; j < w; j++)
110             s->rdft_hdata[plane][i * s->rdft_hlen[plane] + j] = *(in->data[plane] + in->linesize[plane] * i + j);
111
112         copy_rev(s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane], w, s->rdft_hlen[plane]);
113     }
114
115     for (i = 0; i < h; i++)
116         av_rdft_calc(s->hrdft[plane], s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane]);
117 }
118
119 /*Vertical pass - RDFT*/
120 static void rdft_vertical(FFTFILTContext *s, int h, int plane)
121 {
122     int i, j;
123
124     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++) {
125         for (j = 0; j < h; j++)
126             s->rdft_vdata[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j] =
127             s->rdft_hdata[plane][j * s->rdft_hlen[plane] + i];
128         copy_rev(s->rdft_vdata[plane] + i * s->rdft_vlen[plane], h, s->rdft_vlen[plane]);
129     }
130
131     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
132         av_rdft_calc(s->vrdft[plane], s->rdft_vdata[plane] + i * s->rdft_vlen[plane]);
133 }
134 /*Vertical pass - IRDFT*/
135 static void irdft_vertical(FFTFILTContext *s, int h, int plane)
136 {
137     int i, j;
138
139     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
140         av_rdft_calc(s->ivrdft[plane], s->rdft_vdata[plane] + i * s->rdft_vlen[plane]);
141
142     for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
143         for (j = 0; j < h; j++)
144             s->rdft_hdata[plane][j * s->rdft_hlen[plane] + i] =
145             s->rdft_vdata[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j];
146 }
147
148 /*Horizontal pass - IRDFT*/
149 static void irdft_horizontal(FFTFILTContext *s, AVFrame *out, int w, int h, int plane)
150 {
151     int i, j;
152
153     for (i = 0; i < h; i++)
154         av_rdft_calc(s->ihrdft[plane], s->rdft_hdata[plane] + i * s->rdft_hlen[plane]);
155
156     for (i = 0; i < h; i++)
157         for (j = 0; j < w; j++)
158             *(out->data[plane] + out->linesize[plane] * i + j) = av_clip(s->rdft_hdata[plane][i
159                                                                          *s->rdft_hlen[plane] + j] * 4 /
160                                                                          (s->rdft_hlen[plane] *
161                                                                           s->rdft_vlen[plane]), 0, 255);
162 }
163
164 static av_cold int initialize(AVFilterContext *ctx)
165 {
166     FFTFILTContext *s = ctx->priv;
167     int ret = 0, plane;
168
169     if (!s->dc[U] && !s->dc[V]) {
170         s->dc[U] = s->dc[Y];
171         s->dc[V] = s->dc[Y];
172     } else {
173         if (!s->dc[U]) s->dc[U] = s->dc[V];
174         if (!s->dc[V]) s->dc[V] = s->dc[U];
175     }
176
177     if (!s->weight_str[U] && !s->weight_str[V]) {
178         s->weight_str[U] = av_strdup(s->weight_str[Y]);
179         s->weight_str[V] = av_strdup(s->weight_str[Y]);
180     } else {
181         if (!s->weight_str[U]) s->weight_str[U] = av_strdup(s->weight_str[V]);
182         if (!s->weight_str[V]) s->weight_str[V] = av_strdup(s->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(&s->weight_expr[plane], s->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 *s = 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     s->depth = desc->comp[0].depth;
207     s->planewidth[1] = s->planewidth[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, desc->log2_chroma_w);
208     s->planewidth[0] = s->planewidth[3] = inlink->w;
209     s->planeheight[1] = s->planeheight[2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, desc->log2_chroma_h);
210     s->planeheight[0] = s->planeheight[3] = inlink->h;
211
212     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
213
214     for (i = 0; i < desc->nb_components; i++) {
215         int w = s->planewidth[i];
216         int h = s->planeheight[i];
217
218         /* RDFT - Array initialization for Horizontal pass*/
219         for (rdft_hbits = 1; 1 << rdft_hbits < w*10/9; rdft_hbits++);
220         s->rdft_hbits[i] = rdft_hbits;
221         s->rdft_hlen[i] = 1 << rdft_hbits;
222         if (!(s->rdft_hdata[i] = av_malloc_array(h, s->rdft_hlen[i] * sizeof(FFTSample))))
223             return AVERROR(ENOMEM);
224
225         if (!(s->hrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_hbits[i], DFT_R2C)))
226             return AVERROR(ENOMEM);
227         if (!(s->ihrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_hbits[i], IDFT_C2R)))
228             return AVERROR(ENOMEM);
229
230         /* RDFT - Array initialization for Vertical pass*/
231         for (rdft_vbits = 1; 1 << rdft_vbits < h*10/9; rdft_vbits++);
232         s->rdft_vbits[i] = rdft_vbits;
233         s->rdft_vlen[i] = 1 << rdft_vbits;
234         if (!(s->rdft_vdata[i] = av_malloc_array(s->rdft_hlen[i], s->rdft_vlen[i] * sizeof(FFTSample))))
235             return AVERROR(ENOMEM);
236
237         if (!(s->vrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_vbits[i], DFT_R2C)))
238             return AVERROR(ENOMEM);
239         if (!(s->ivrdft[i] = av_rdft_init(s->rdft_vbits[i], IDFT_C2R)))
240             return AVERROR(ENOMEM);
241     }
242
243     /*Luminance value - Array initialization*/
244     for (plane = 0; plane < 3; plane++) {
245         values[VAR_W] = s->planewidth[plane];
246         values[VAR_H] = s->planeheight[plane];
247
248         if(!(s->weight[plane] = av_malloc_array(s->rdft_hlen[plane], s->rdft_vlen[plane] * sizeof(double))))
249             return AVERROR(ENOMEM);
250         for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
251         {
252             values[VAR_X] = i;
253             for (j = 0; j < s->rdft_vlen[plane]; j++)
254             {
255                 values[VAR_Y] = j;
256                 s->weight[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j] =
257                 av_expr_eval(s->weight_expr[plane], values, s);
258             }
259         }
260     }
261     return 0;
262 }
263
264 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
265 {
266     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
267     AVFilterLink *outlink = inlink->dst->outputs[0];
268     FFTFILTContext *s = ctx->priv;
269     AVFrame *out;
270     int i, j, plane;
271
272     out = ff_get_video_buffer(outlink, inlink->w, inlink->h);
273     if (!out) {
274         av_frame_free(&in);
275         return AVERROR(ENOMEM);
276     }
277
278     av_frame_copy_props(out, in);
279
280     for (plane = 0; plane < s->nb_planes; plane++) {
281         int w = s->planewidth[plane];
282         int h = s->planeheight[plane];
283
284         rdft_horizontal(s, in, w, h, plane);
285         rdft_vertical(s, h, plane);
286
287         /*Change user defined parameters*/
288         for (i = 0; i < s->rdft_hlen[plane]; i++)
289             for (j = 0; j < s->rdft_vlen[plane]; j++)
290                 s->rdft_vdata[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j] *=
291                   s->weight[plane][i * s->rdft_vlen[plane] + j];
292
293         s->rdft_vdata[plane][0] += s->rdft_hlen[plane] * s->rdft_vlen[plane] * s->dc[plane];
294
295         irdft_vertical(s, h, plane);
296         irdft_horizontal(s, out, w, h, plane);
297     }
298
299     av_frame_free(&in);
300     return ff_filter_frame(outlink, out);
301 }
302
303 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
304 {
305     FFTFILTContext *s = ctx->priv;
306     int i;
307     for (i = 0; i < MAX_PLANES; i++) {
308         av_free(s->rdft_hdata[i]);
309         av_free(s->rdft_vdata[i]);
310         av_expr_free(s->weight_expr[i]);
311         av_free(s->weight[i]);
312         av_rdft_end(s->hrdft[i]);
313         av_rdft_end(s->ihrdft[i]);
314         av_rdft_end(s->vrdft[i]);
315         av_rdft_end(s->ivrdft[i]);
316     }
317 }
318
319 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
320 {
321     static const enum AVPixelFormat pixel_fmts_fftfilt[] = {
322         AV_PIX_FMT_GRAY8,
323         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
324         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
325         AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
326         AV_PIX_FMT_NONE
327     };
328
329     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pixel_fmts_fftfilt);
330     if (!fmts_list)
331         return AVERROR(ENOMEM);
332     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
333 }
334
335 static const AVFilterPad fftfilt_inputs[] = {
336     {
337         .name = "default",
338         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
339         .config_props = config_props,
340         .filter_frame = filter_frame,
341     },
342     { NULL }
343 };
344
345 static const AVFilterPad fftfilt_outputs[] = {
346     {
347         .name = "default",
348         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
349     },
350     { NULL }
351 };
352
353 AVFilter ff_vf_fftfilt = {
354     .name            = "fftfilt",
355     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply arbitrary expressions to pixels in frequency domain."),
356     .priv_size       = sizeof(FFTFILTContext),
357     .priv_class      = &fftfilt_class,
358     .inputs          = fftfilt_inputs,
359     .outputs         = fftfilt_outputs,
360     .query_formats   = query_formats,
361     .init            = initialize,
362     .uninit          = uninit,
363     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_GENERIC,
364 };