cbs_h264: Fix handling of unknown SEI
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_hqdn3d.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003 Daniel Moreno <comac AT comac DOT darktech DOT org>
3  * Copyright (c) 2010 Baptiste Coudurier
4  * Copyright (c) 2012 Loren Merritt
5  *
6  * This file is part of FFmpeg, ported from MPlayer.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify
9  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
10  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
11  * (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
16  * GNU General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
19  * with FFmpeg; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
20  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * high quality 3d video denoiser, ported from MPlayer
26  * libmpcodecs/vf_hqdn3d.c.
27  */
28
29 #include <float.h>
30
31 #include "config.h"
32 #include "libavutil/attributes.h"
33 #include "libavutil/common.h"
34 #include "libavutil/pixdesc.h"
35 #include "libavutil/intreadwrite.h"
36 #include "libavutil/opt.h"
37
38 #include "avfilter.h"
39 #include "formats.h"
40 #include "internal.h"
41 #include "video.h"
42 #include "vf_hqdn3d.h"
43
44 #define LUT_BITS (depth==16 ? 8 : 4)
45 #define LOAD(x) (((depth == 8 ? src[x] : AV_RN16A(src + (x) * 2)) << (16 - depth))\
46                  + (((1 << (16 - depth)) - 1) >> 1))
47 #define STORE(x,val) (depth == 8 ? dst[x] = (val) >> (16 - depth) : \
48                                    AV_WN16A(dst + (x) * 2, (val) >> (16 - depth)))
49
50 av_always_inline
51 static uint32_t lowpass(int prev, int cur, int16_t *coef, int depth)
52 {
53     int d = (prev - cur) >> (8 - LUT_BITS);
54     return cur + coef[d];
55 }
56
57 av_always_inline
58 static void denoise_temporal(uint8_t *src, uint8_t *dst,
59                              uint16_t *frame_ant,
60                              int w, int h, int sstride, int dstride,
61                              int16_t *temporal, int depth)
62 {
63     long x, y;
64     uint32_t tmp;
65
66     temporal += 256 << LUT_BITS;
67
68     for (y = 0; y < h; y++) {
69         for (x = 0; x < w; x++) {
70             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], LOAD(x), temporal, depth);
71             STORE(x, tmp);
72         }
73         src += sstride;
74         dst += dstride;
75         frame_ant += w;
76     }
77 }
78
79 av_always_inline
80 static void denoise_spatial(HQDN3DContext *s,
81                             uint8_t *src, uint8_t *dst,
82                             uint16_t *line_ant, uint16_t *frame_ant,
83                             int w, int h, int sstride, int dstride,
84                             int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
85 {
86     long x, y;
87     uint32_t pixel_ant;
88     uint32_t tmp;
89
90     spatial  += 256 << LUT_BITS;
91     temporal += 256 << LUT_BITS;
92
93     /* First line has no top neighbor. Only left one for each tmp and
94      * last frame */
95     pixel_ant = LOAD(0);
96     for (x = 0; x < w; x++) {
97         line_ant[x] = tmp = pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x), spatial, depth);
98         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
99         STORE(x, tmp);
100     }
101
102     for (y = 1; y < h; y++) {
103         src += sstride;
104         dst += dstride;
105         frame_ant += w;
106         if (s->denoise_row[depth]) {
107             s->denoise_row[depth](src, dst, line_ant, frame_ant, w, spatial, temporal);
108             continue;
109         }
110         pixel_ant = LOAD(0);
111         for (x = 0; x < w-1; x++) {
112             line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
113             pixel_ant = lowpass(pixel_ant, LOAD(x+1), spatial, depth);
114             frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
115             STORE(x, tmp);
116         }
117         line_ant[x] = tmp = lowpass(line_ant[x], pixel_ant, spatial, depth);
118         frame_ant[x] = tmp = lowpass(frame_ant[x], tmp, temporal, depth);
119         STORE(x, tmp);
120     }
121 }
122
123 av_always_inline
124 static int denoise_depth(HQDN3DContext *s,
125                          uint8_t *src, uint8_t *dst,
126                          uint16_t *line_ant, uint16_t **frame_ant_ptr,
127                          int w, int h, int sstride, int dstride,
128                          int16_t *spatial, int16_t *temporal, int depth)
129 {
130     // FIXME: For 16-bit depth, frame_ant could be a pointer to the previous
131     // filtered frame rather than a separate buffer.
132     long x, y;
133     uint16_t *frame_ant = *frame_ant_ptr;
134     if (!frame_ant) {
135         uint8_t *frame_src = src;
136         *frame_ant_ptr = frame_ant = av_malloc_array(w, h*sizeof(uint16_t));
137         if (!frame_ant)
138             return AVERROR(ENOMEM);
139         for (y = 0; y < h; y++, src += sstride, frame_ant += w)
140             for (x = 0; x < w; x++)
141                 frame_ant[x] = LOAD(x);
142         src = frame_src;
143         frame_ant = *frame_ant_ptr;
144     }
145
146     if (spatial[0])
147         denoise_spatial(s, src, dst, line_ant, frame_ant,
148                         w, h, sstride, dstride, spatial, temporal, depth);
149     else
150         denoise_temporal(src, dst, frame_ant,
151                          w, h, sstride, dstride, temporal, depth);
152     emms_c();
153     return 0;
154 }
155
156 #define denoise(...)                                                          \
157     do {                                                                      \
158         int ret = AVERROR_BUG;                                                \
159         switch (s->depth) {                                                   \
160             case  8: ret = denoise_depth(__VA_ARGS__,  8); break;             \
161             case  9: ret = denoise_depth(__VA_ARGS__,  9); break;             \
162             case 10: ret = denoise_depth(__VA_ARGS__, 10); break;             \
163             case 16: ret = denoise_depth(__VA_ARGS__, 16); break;             \
164         }                                                                     \
165         if (ret < 0) {                                                        \
166             av_frame_free(&out);                                              \
167             if (!direct)                                                      \
168                 av_frame_free(&in);                                           \
169             return ret;                                                       \
170         }                                                                     \
171     } while (0)
172
173 static int16_t *precalc_coefs(double dist25, int depth)
174 {
175     int i;
176     double gamma, simil, C;
177     int16_t *ct = av_malloc((512<<LUT_BITS)*sizeof(int16_t));
178     if (!ct)
179         return NULL;
180
181     gamma = log(0.25) / log(1.0 - FFMIN(dist25,252.0)/255.0 - 0.00001);
182
183     for (i = -256<<LUT_BITS; i < 256<<LUT_BITS; i++) {
184         double f = ((i<<(9-LUT_BITS)) + (1<<(8-LUT_BITS)) - 1) / 512.0; // midpoint of the bin
185         simil = FFMAX(0, 1.0 - fabs(f) / 255.0);
186         C = pow(simil, gamma) * 256.0 * f;
187         ct[(256<<LUT_BITS)+i] = lrint(C);
188     }
189
190     ct[0] = !!dist25;
191     return ct;
192 }
193
194 #define PARAM1_DEFAULT 4.0
195 #define PARAM2_DEFAULT 3.0
196 #define PARAM3_DEFAULT 6.0
197
198 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
199 {
200     HQDN3DContext *s = ctx->priv;
201
202     if (!s->strength[LUMA_SPATIAL])
203         s->strength[LUMA_SPATIAL] = PARAM1_DEFAULT;
204     if (!s->strength[CHROMA_SPATIAL])
205         s->strength[CHROMA_SPATIAL] = PARAM2_DEFAULT * s->strength[LUMA_SPATIAL] / PARAM1_DEFAULT;
206     if (!s->strength[LUMA_TMP])
207         s->strength[LUMA_TMP]   = PARAM3_DEFAULT * s->strength[LUMA_SPATIAL] / PARAM1_DEFAULT;
208     if (!s->strength[CHROMA_TMP])
209         s->strength[CHROMA_TMP] = s->strength[LUMA_TMP] * s->strength[CHROMA_SPATIAL] / s->strength[LUMA_SPATIAL];
210
211     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "ls:%f cs:%f lt:%f ct:%f\n",
212            s->strength[LUMA_SPATIAL], s->strength[CHROMA_SPATIAL],
213            s->strength[LUMA_TMP], s->strength[CHROMA_TMP]);
214
215     return 0;
216 }
217
218 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
219 {
220     HQDN3DContext *s = ctx->priv;
221
222     av_freep(&s->coefs[0]);
223     av_freep(&s->coefs[1]);
224     av_freep(&s->coefs[2]);
225     av_freep(&s->coefs[3]);
226     av_freep(&s->line);
227     av_freep(&s->frame_prev[0]);
228     av_freep(&s->frame_prev[1]);
229     av_freep(&s->frame_prev[2]);
230 }
231
232 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
233 {
234     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
235         AV_PIX_FMT_YUV420P,
236         AV_PIX_FMT_YUV422P,
237         AV_PIX_FMT_YUV444P,
238         AV_PIX_FMT_YUV410P,
239         AV_PIX_FMT_YUV411P,
240         AV_PIX_FMT_YUV440P,
241         AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
242         AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
243         AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
244         AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
245         AV_PIX_FMT_YUV420P9,
246         AV_PIX_FMT_YUV422P9,
247         AV_PIX_FMT_YUV444P9,
248         AV_PIX_FMT_YUV420P10,
249         AV_PIX_FMT_YUV422P10,
250         AV_PIX_FMT_YUV444P10,
251         AV_PIX_FMT_YUV420P16,
252         AV_PIX_FMT_YUV422P16,
253         AV_PIX_FMT_YUV444P16,
254         AV_PIX_FMT_NONE
255     };
256     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
257     if (!fmts_list)
258         return AVERROR(ENOMEM);
259     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
260 }
261
262 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
263 {
264     HQDN3DContext *s = inlink->dst->priv;
265     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
266     int i;
267
268     uninit(inlink->dst);
269
270     s->hsub  = desc->log2_chroma_w;
271     s->vsub  = desc->log2_chroma_h;
272     s->depth = desc->comp[0].depth;
273
274     s->line = av_malloc_array(inlink->w, sizeof(*s->line));
275     if (!s->line)
276         return AVERROR(ENOMEM);
277
278     for (i = 0; i < 4; i++) {
279         s->coefs[i] = precalc_coefs(s->strength[i], s->depth);
280         if (!s->coefs[i])
281             return AVERROR(ENOMEM);
282     }
283
284     if (ARCH_X86)
285         ff_hqdn3d_init_x86(s);
286
287     return 0;
288 }
289
290 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
291 {
292     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
293     HQDN3DContext *s = ctx->priv;
294     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
295
296     AVFrame *out;
297     int c, direct = av_frame_is_writable(in) && !ctx->is_disabled;
298
299     if (direct) {
300         out = in;
301     } else {
302         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
303         if (!out) {
304             av_frame_free(&in);
305             return AVERROR(ENOMEM);
306         }
307
308         av_frame_copy_props(out, in);
309     }
310
311     for (c = 0; c < 3; c++) {
312         denoise(s, in->data[c], out->data[c],
313                 s->line, &s->frame_prev[c],
314                 AV_CEIL_RSHIFT(in->width,  (!!c * s->hsub)),
315                 AV_CEIL_RSHIFT(in->height, (!!c * s->vsub)),
316                 in->linesize[c], out->linesize[c],
317                 s->coefs[c ? CHROMA_SPATIAL : LUMA_SPATIAL],
318                 s->coefs[c ? CHROMA_TMP     : LUMA_TMP]);
319     }
320
321     if (ctx->is_disabled) {
322         av_frame_free(&out);
323         return ff_filter_frame(outlink, in);
324     }
325
326     if (!direct)
327         av_frame_free(&in);
328
329     return ff_filter_frame(outlink, out);
330 }
331
332 #define OFFSET(x) offsetof(HQDN3DContext, x)
333 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
334 static const AVOption hqdn3d_options[] = {
335     { "luma_spatial",   "spatial luma strength",    OFFSET(strength[LUMA_SPATIAL]),   AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
336     { "chroma_spatial", "spatial chroma strength",  OFFSET(strength[CHROMA_SPATIAL]), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
337     { "luma_tmp",       "temporal luma strength",   OFFSET(strength[LUMA_TMP]),       AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
338     { "chroma_tmp",     "temporal chroma strength", OFFSET(strength[CHROMA_TMP]),     AV_OPT_TYPE_DOUBLE, { .dbl = 0.0 }, 0, DBL_MAX, FLAGS },
339     { NULL }
340 };
341
342 AVFILTER_DEFINE_CLASS(hqdn3d);
343
344 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_inputs[] = {
345     {
346         .name         = "default",
347         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
348         .config_props = config_input,
349         .filter_frame = filter_frame,
350     },
351     { NULL }
352 };
353
354
355 static const AVFilterPad avfilter_vf_hqdn3d_outputs[] = {
356     {
357         .name = "default",
358         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO
359     },
360     { NULL }
361 };
362
363 AVFilter ff_vf_hqdn3d = {
364     .name          = "hqdn3d",
365     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a High Quality 3D Denoiser."),
366     .priv_size     = sizeof(HQDN3DContext),
367     .priv_class    = &hqdn3d_class,
368     .init          = init,
369     .uninit        = uninit,
370     .query_formats = query_formats,
371     .inputs        = avfilter_vf_hqdn3d_inputs,
372     .outputs       = avfilter_vf_hqdn3d_outputs,
373     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
374 };