cmdutils: print missing caps in print_codec().
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_framerate.c
1 /*
2  * Copyright (C) 2012 Mark Himsley
3  *
4  * get_scene_score() Copyright (c) 2011 Stefano Sabatini
5  * taken from libavfilter/vf_select.c
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 /**
25  * @file
26  * filter for upsampling or downsampling a progressive source
27  */
28
29 #define DEBUG
30
31 #include "libavutil/avassert.h"
32 #include "libavutil/imgutils.h"
33 #include "libavutil/internal.h"
34 #include "libavutil/opt.h"
35 #include "libavutil/pixdesc.h"
36 #include "libavutil/pixelutils.h"
37
38 #include "avfilter.h"
39 #include "internal.h"
40 #include "video.h"
41 #include "framerate.h"
42
43 #define OFFSET(x) offsetof(FrameRateContext, x)
44 #define V AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
45 #define F AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
46 #define FRAMERATE_FLAG_SCD 01
47
48 static const AVOption framerate_options[] = {
49     {"fps",                 "required output frames per second rate", OFFSET(dest_frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, {.str="50"},             0,       INT_MAX, V|F },
50
51     {"interp_start",        "point to start linear interpolation",    OFFSET(interp_start),    AV_OPT_TYPE_INT,      {.i64=15},                 0,       255,     V|F },
52     {"interp_end",          "point to end linear interpolation",      OFFSET(interp_end),      AV_OPT_TYPE_INT,      {.i64=240},                0,       255,     V|F },
53     {"scene",               "scene change level",                     OFFSET(scene_score),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE,   {.dbl=8.2},                0,       INT_MAX, V|F },
54
55     {"flags",               "set flags",                              OFFSET(flags),           AV_OPT_TYPE_FLAGS,    {.i64=1},                  0,       INT_MAX, V|F, "flags" },
56     {"scene_change_detect", "enable scene change detection",          0,                       AV_OPT_TYPE_CONST,    {.i64=FRAMERATE_FLAG_SCD}, INT_MIN, INT_MAX, V|F, "flags" },
57     {"scd",                 "enable scene change detection",          0,                       AV_OPT_TYPE_CONST,    {.i64=FRAMERATE_FLAG_SCD}, INT_MIN, INT_MAX, V|F, "flags" },
58
59     {NULL}
60 };
61
62 AVFILTER_DEFINE_CLASS(framerate);
63
64 static av_always_inline int64_t sad_8x8_16(const uint16_t *src1, ptrdiff_t stride1,
65                                            const uint16_t *src2, ptrdiff_t stride2)
66 {
67     int sum = 0;
68     int x, y;
69
70     for (y = 0; y < 8; y++) {
71         for (x = 0; x < 8; x++)
72             sum += FFABS(src1[x] - src2[x]);
73         src1 += stride1;
74         src2 += stride2;
75     }
76     return sum;
77 }
78
79 static int64_t scene_sad16(FrameRateContext *s, const uint16_t *p1, int p1_linesize, const uint16_t* p2, int p2_linesize, const int width, const int height)
80 {
81     int64_t sad;
82     int x, y;
83     for (sad = y = 0; y < height - 7; y += 8) {
84         for (x = 0; x < width - 7; x += 8) {
85             sad += sad_8x8_16(p1 + y * p1_linesize + x,
86                               p1_linesize,
87                               p2 + y * p2_linesize + x,
88                               p2_linesize);
89         }
90     }
91     return sad;
92 }
93
94 static int64_t scene_sad8(FrameRateContext *s, uint8_t *p1, int p1_linesize, uint8_t* p2, int p2_linesize, const int width, const int height)
95 {
96     int64_t sad;
97     int x, y;
98     for (sad = y = 0; y < height - 7; y += 8) {
99         for (x = 0; x < width - 7; x += 8) {
100             sad += s->sad(p1 + y * p1_linesize + x,
101                           p1_linesize,
102                           p2 + y * p2_linesize + x,
103                           p2_linesize);
104         }
105     }
106     emms_c();
107     return sad;
108 }
109
110 static double get_scene_score(AVFilterContext *ctx, AVFrame *crnt, AVFrame *next)
111 {
112     FrameRateContext *s = ctx->priv;
113     double ret = 0;
114
115     ff_dlog(ctx, "get_scene_score()\n");
116
117     if (crnt->height == next->height &&
118         crnt->width  == next->width) {
119         int64_t sad;
120         double mafd, diff;
121
122         ff_dlog(ctx, "get_scene_score() process\n");
123         if (s->bitdepth == 8)
124             sad = scene_sad8(s, crnt->data[0], crnt->linesize[0], next->data[0], next->linesize[0], crnt->width, crnt->height);
125         else
126             sad = scene_sad16(s, (const uint16_t*)crnt->data[0], crnt->linesize[0] / 2, (const uint16_t*)next->data[0], next->linesize[0] / 2, crnt->width, crnt->height);
127
128         mafd = (double)sad * 100.0 / FFMAX(1, (crnt->height & ~7) * (crnt->width & ~7)) / (1 << s->bitdepth);
129         diff = fabs(mafd - s->prev_mafd);
130         ret  = av_clipf(FFMIN(mafd, diff), 0, 100.0);
131         s->prev_mafd = mafd;
132     }
133     ff_dlog(ctx, "get_scene_score() result is:%f\n", ret);
134     return ret;
135 }
136
137 typedef struct ThreadData {
138     AVFrame *copy_src1, *copy_src2;
139     uint16_t src1_factor, src2_factor;
140 } ThreadData;
141
142 static int filter_slice(AVFilterContext *ctx, void *arg, int job, int nb_jobs)
143 {
144     FrameRateContext *s = ctx->priv;
145     ThreadData *td = arg;
146     uint16_t src1_factor = td->src1_factor;
147     uint16_t src2_factor = td->src2_factor;
148     int plane;
149
150     for (plane = 0; plane < 4 && td->copy_src1->data[plane] && td->copy_src2->data[plane]; plane++) {
151         int cpy_line_width = s->line_size[plane];
152         uint8_t *cpy_src1_data = td->copy_src1->data[plane];
153         int cpy_src1_line_size = td->copy_src1->linesize[plane];
154         uint8_t *cpy_src2_data = td->copy_src2->data[plane];
155         int cpy_src2_line_size = td->copy_src2->linesize[plane];
156         int cpy_src_h = (plane > 0 && plane < 3) ? (td->copy_src1->height >> s->vsub) : (td->copy_src1->height);
157         uint8_t *cpy_dst_data = s->work->data[plane];
158         int cpy_dst_line_size = s->work->linesize[plane];
159         const int start = (cpy_src_h *  job   ) / nb_jobs;
160         const int end   = (cpy_src_h * (job+1)) / nb_jobs;
161         cpy_src1_data += start * cpy_src1_line_size;
162         cpy_src2_data += start * cpy_src2_line_size;
163         cpy_dst_data += start * cpy_dst_line_size;
164
165         s->blend(cpy_src1_data, cpy_src1_line_size,
166                  cpy_src2_data, cpy_src2_line_size,
167                  cpy_dst_data,  cpy_dst_line_size,
168                  cpy_line_width, end - start,
169                  src1_factor, src2_factor, s->blend_factor_max >> 1);
170     }
171
172     return 0;
173 }
174
175 static int blend_frames(AVFilterContext *ctx, int interpolate)
176 {
177     FrameRateContext *s = ctx->priv;
178     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
179     double interpolate_scene_score = 0;
180
181     if ((s->flags & FRAMERATE_FLAG_SCD)) {
182         if (s->score >= 0.0)
183             interpolate_scene_score = s->score;
184         else
185             interpolate_scene_score = s->score = get_scene_score(ctx, s->f0, s->f1);
186         ff_dlog(ctx, "blend_frames() interpolate scene score:%f\n", interpolate_scene_score);
187     }
188     // decide if the shot-change detection allows us to blend two frames
189     if (interpolate_scene_score < s->scene_score) {
190         ThreadData td;
191         td.copy_src1 = s->f0;
192         td.copy_src2 = s->f1;
193         td.src2_factor = interpolate;
194         td.src1_factor = s->blend_factor_max - td.src2_factor;
195
196         // get work-space for output frame
197         s->work = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
198         if (!s->work)
199             return AVERROR(ENOMEM);
200
201         av_frame_copy_props(s->work, s->f0);
202
203         ff_dlog(ctx, "blend_frames() INTERPOLATE to create work frame\n");
204         ctx->internal->execute(ctx, filter_slice, &td, NULL, FFMIN(FFMAX(1, outlink->h >> 2), ff_filter_get_nb_threads(ctx)));
205         return 1;
206     }
207     return 0;
208 }
209
210 static int process_work_frame(AVFilterContext *ctx)
211 {
212     FrameRateContext *s = ctx->priv;
213     int64_t work_pts;
214     int64_t interpolate, interpolate8;
215     int ret;
216
217     if (!s->f1)
218         return 0;
219     if (!s->f0 && !s->flush)
220         return 0;
221
222     work_pts = s->start_pts + av_rescale_q(s->n, av_inv_q(s->dest_frame_rate), s->dest_time_base);
223
224     if (work_pts >= s->pts1 && !s->flush)
225         return 0;
226
227     if (!s->f0) {
228         s->work = av_frame_clone(s->f1);
229     } else {
230         if (work_pts >= s->pts1 + s->delta && s->flush)
231             return 0;
232
233         interpolate = av_rescale(work_pts - s->pts0, s->blend_factor_max, s->delta);
234         interpolate8 = av_rescale(work_pts - s->pts0, 256, s->delta);
235         ff_dlog(ctx, "process_work_frame() interpolate: %"PRId64"/256\n", interpolate8);
236         if (interpolate >= s->blend_factor_max || interpolate8 > s->interp_end) {
237             s->work = av_frame_clone(s->f1);
238         } else if (interpolate <= 0 || interpolate8 < s->interp_start) {
239             s->work = av_frame_clone(s->f0);
240         } else {
241             ret = blend_frames(ctx, interpolate);
242             if (ret < 0)
243                 return ret;
244             if (ret == 0)
245                 s->work = av_frame_clone(interpolate > (s->blend_factor_max >> 1) ? s->f1 : s->f0);
246         }
247     }
248
249     if (!s->work)
250         return AVERROR(ENOMEM);
251
252     s->work->pts = work_pts;
253     s->n++;
254
255     return 1;
256 }
257
258 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
259 {
260     FrameRateContext *s = ctx->priv;
261     s->start_pts = AV_NOPTS_VALUE;
262     return 0;
263 }
264
265 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
266 {
267     FrameRateContext *s = ctx->priv;
268     av_frame_free(&s->f0);
269     av_frame_free(&s->f1);
270 }
271
272 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
273 {
274     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
275         AV_PIX_FMT_YUV410P,
276         AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
277         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
278         AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
279         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
280         AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
281         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV420P12,
282         AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV422P12,
283         AV_PIX_FMT_YUV444P9, AV_PIX_FMT_YUV444P10, AV_PIX_FMT_YUV444P12,
284         AV_PIX_FMT_NONE
285     };
286
287     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
288     if (!fmts_list)
289         return AVERROR(ENOMEM);
290     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
291 }
292
293 static void blend_frames_c(BLEND_FUNC_PARAMS)
294 {
295     int line, pixel;
296     for (line = 0; line < height; line++) {
297         for (pixel = 0; pixel < width; pixel++)
298             dst[pixel] = ((src1[pixel] * factor1) + (src2[pixel] * factor2) + half) >> BLEND_FACTOR_DEPTH8;
299         src1 += src1_linesize;
300         src2 += src2_linesize;
301         dst  += dst_linesize;
302     }
303 }
304
305 static void blend_frames16_c(BLEND_FUNC_PARAMS)
306 {
307     int line, pixel;
308     uint16_t *dstw = (uint16_t *)dst;
309     uint16_t *src1w = (uint16_t *)src1;
310     uint16_t *src2w = (uint16_t *)src2;
311     width /= 2;
312     src1_linesize /= 2;
313     src2_linesize /= 2;
314     dst_linesize /= 2;
315     for (line = 0; line < height; line++) {
316         for (pixel = 0; pixel < width; pixel++)
317             dstw[pixel] = ((src1w[pixel] * factor1) + (src2w[pixel] * factor2) + half) >> BLEND_FACTOR_DEPTH16;
318         src1w += src1_linesize;
319         src2w += src2_linesize;
320         dstw  += dst_linesize;
321     }
322 }
323
324 void ff_framerate_init(FrameRateContext *s)
325 {
326     if (s->bitdepth == 8) {
327         s->blend_factor_max = 1 << BLEND_FACTOR_DEPTH8;
328         s->blend = blend_frames_c;
329     } else {
330         s->blend_factor_max = 1 << BLEND_FACTOR_DEPTH16;
331         s->blend = blend_frames16_c;
332     }
333     if (ARCH_X86)
334         ff_framerate_init_x86(s);
335 }
336
337 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
338 {
339     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
340     FrameRateContext *s = ctx->priv;
341     const AVPixFmtDescriptor *pix_desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
342     int plane;
343
344     for (plane = 0; plane < 4; plane++) {
345         s->line_size[plane] = av_image_get_linesize(inlink->format, inlink->w,
346                                                     plane);
347     }
348
349     s->bitdepth = pix_desc->comp[0].depth;
350     s->vsub = pix_desc->log2_chroma_h;
351
352     s->sad = av_pixelutils_get_sad_fn(3, 3, 2, s); // 8x8 both sources aligned
353     if (!s->sad)
354         return AVERROR(EINVAL);
355
356     s->srce_time_base = inlink->time_base;
357
358     ff_framerate_init(s);
359
360     return 0;
361 }
362
363 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *inpicref)
364 {
365     int ret;
366     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
367     FrameRateContext *s = ctx->priv;
368     int64_t pts;
369
370     if (inpicref->interlaced_frame)
371         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Interlaced frame found - the output will not be correct.\n");
372
373     if (inpicref->pts == AV_NOPTS_VALUE) {
374         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Ignoring frame without PTS.\n");
375         return 0;
376     }
377
378     pts = av_rescale_q(inpicref->pts, s->srce_time_base, s->dest_time_base);
379     if (s->f1 && pts == s->pts1) {
380         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Ignoring frame with same PTS.\n");
381         return 0;
382     }
383
384     av_frame_free(&s->f0);
385     s->f0 = s->f1;
386     s->pts0 = s->pts1;
387     s->f1 = inpicref;
388     s->pts1 = pts;
389     s->delta = s->pts1 - s->pts0;
390     s->score = -1.0;
391
392     if (s->delta < 0) {
393         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "PTS discontinuity.\n");
394         s->start_pts = s->pts1;
395         s->n = 0;
396         av_frame_free(&s->f0);
397     }
398
399     if (s->start_pts == AV_NOPTS_VALUE)
400         s->start_pts = s->pts1;
401
402     do {
403         ret = process_work_frame(ctx);
404         if (ret <= 0)
405             return ret;
406         ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[0], s->work);
407     } while (ret >= 0);
408
409     return ret;
410 }
411
412 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
413 {
414     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
415     FrameRateContext *s = ctx->priv;
416     int exact;
417
418     ff_dlog(ctx, "config_output()\n");
419
420     ff_dlog(ctx,
421            "config_output() input time base:%u/%u (%f)\n",
422            ctx->inputs[0]->time_base.num,ctx->inputs[0]->time_base.den,
423            av_q2d(ctx->inputs[0]->time_base));
424
425     // make sure timebase is small enough to hold the framerate
426
427     exact = av_reduce(&s->dest_time_base.num, &s->dest_time_base.den,
428                       av_gcd((int64_t)s->srce_time_base.num * s->dest_frame_rate.num,
429                              (int64_t)s->srce_time_base.den * s->dest_frame_rate.den ),
430                       (int64_t)s->srce_time_base.den * s->dest_frame_rate.num, INT_MAX);
431
432     av_log(ctx, AV_LOG_INFO,
433            "time base:%u/%u -> %u/%u exact:%d\n",
434            s->srce_time_base.num, s->srce_time_base.den,
435            s->dest_time_base.num, s->dest_time_base.den, exact);
436     if (!exact) {
437         av_log(ctx, AV_LOG_WARNING, "Timebase conversion is not exact\n");
438     }
439
440     outlink->frame_rate = s->dest_frame_rate;
441     outlink->time_base = s->dest_time_base;
442
443     ff_dlog(ctx,
444            "config_output() output time base:%u/%u (%f) w:%d h:%d\n",
445            outlink->time_base.num, outlink->time_base.den,
446            av_q2d(outlink->time_base),
447            outlink->w, outlink->h);
448
449
450     av_log(ctx, AV_LOG_INFO, "fps -> fps:%u/%u scene score:%f interpolate start:%d end:%d\n",
451             s->dest_frame_rate.num, s->dest_frame_rate.den,
452             s->scene_score, s->interp_start, s->interp_end);
453
454     return 0;
455 }
456
457 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
458 {
459     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
460     FrameRateContext *s = ctx->priv;
461     int ret;
462
463     ff_dlog(ctx, "request_frame()\n");
464
465     ret = ff_request_frame(ctx->inputs[0]);
466     if (ret == AVERROR_EOF && s->f1 && !s->flush) {
467         s->flush = 1;
468         ret = process_work_frame(ctx);
469         if (ret < 0)
470             return ret;
471         ret = ret ? ff_filter_frame(ctx->outputs[0], s->work) : AVERROR_EOF;
472     }
473
474     ff_dlog(ctx, "request_frame() source's request_frame() returned:%d\n", ret);
475     return ret;
476 }
477
478 static const AVFilterPad framerate_inputs[] = {
479     {
480         .name         = "default",
481         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
482         .config_props = config_input,
483         .filter_frame = filter_frame,
484     },
485     { NULL }
486 };
487
488 static const AVFilterPad framerate_outputs[] = {
489     {
490         .name          = "default",
491         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
492         .request_frame = request_frame,
493         .config_props  = config_output,
494     },
495     { NULL }
496 };
497
498 AVFilter ff_vf_framerate = {
499     .name          = "framerate",
500     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Upsamples or downsamples progressive source between specified frame rates."),
501     .priv_size     = sizeof(FrameRateContext),
502     .priv_class    = &framerate_class,
503     .init          = init,
504     .uninit        = uninit,
505     .query_formats = query_formats,
506     .inputs        = framerate_inputs,
507     .outputs       = framerate_outputs,
508     .flags         = AVFILTER_FLAG_SLICE_THREADS,
509 };