cbs_h264: Fix handling of unknown SEI
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_mestimate.c
1 /**
2  * Copyright (c) 2016 Davinder Singh (DSM_) <ds.mudhar<@gmail.com>
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 #include "motion_estimation.h"
22 #include "libavcodec/mathops.h"
23 #include "libavutil/avassert.h"
24 #include "libavutil/common.h"
25 #include "libavutil/imgutils.h"
26 #include "libavutil/opt.h"
27 #include "libavutil/pixdesc.h"
28 #include "libavutil/motion_vector.h"
29 #include "avfilter.h"
30 #include "formats.h"
31 #include "internal.h"
32 #include "video.h"
33
34 typedef struct MEContext {
35     const AVClass *class;
36     AVMotionEstContext me_ctx;
37     int method;                         ///< motion estimation method
38
39     int mb_size;                        ///< macroblock size
40     int search_param;                   ///< search parameter
41     int b_width, b_height, b_count;
42     int log2_mb_size;
43
44     AVFrame *prev, *cur, *next;
45
46     int (*mv_table[3])[2][2];           ///< motion vectors of current & prev 2 frames
47 } MEContext;
48
49 #define OFFSET(x) offsetof(MEContext, x)
50 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
51 #define CONST(name, help, val, unit) { name, help, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=val}, 0, 0, FLAGS, unit }
52
53 static const AVOption mestimate_options[] = {
54     { "method", "motion estimation method", OFFSET(method), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = AV_ME_METHOD_ESA}, AV_ME_METHOD_ESA, AV_ME_METHOD_UMH, FLAGS, "method" },
55         CONST("esa",   "exhaustive search",                  AV_ME_METHOD_ESA,      "method"),
56         CONST("tss",   "three step search",                  AV_ME_METHOD_TSS,      "method"),
57         CONST("tdls",  "two dimensional logarithmic search", AV_ME_METHOD_TDLS,     "method"),
58         CONST("ntss",  "new three step search",              AV_ME_METHOD_NTSS,     "method"),
59         CONST("fss",   "four step search",                   AV_ME_METHOD_FSS,      "method"),
60         CONST("ds",    "diamond search",                     AV_ME_METHOD_DS,       "method"),
61         CONST("hexbs", "hexagon-based search",               AV_ME_METHOD_HEXBS,    "method"),
62         CONST("epzs",  "enhanced predictive zonal search",   AV_ME_METHOD_EPZS,     "method"),
63         CONST("umh",   "uneven multi-hexagon search",        AV_ME_METHOD_UMH,      "method"),
64     { "mb_size", "macroblock size", OFFSET(mb_size), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 16}, 8, INT_MAX, FLAGS },
65     { "search_param", "search parameter", OFFSET(search_param), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 7}, 4, INT_MAX, FLAGS },
66     { NULL }
67 };
68
69 AVFILTER_DEFINE_CLASS(mestimate);
70
71 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
72 {
73     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
74         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
75         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
76         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
77         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
78         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
79         AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
80         AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUVA444P,
81         AV_PIX_FMT_GRAY8,
82         AV_PIX_FMT_NONE
83     };
84
85     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
86     if (!fmts_list)
87         return AVERROR(ENOMEM);
88     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
89 }
90
91 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
92 {
93     MEContext *s = inlink->dst->priv;
94     int i;
95
96     s->log2_mb_size = av_ceil_log2_c(s->mb_size);
97     s->mb_size = 1 << s->log2_mb_size;
98
99     s->b_width  = inlink->w >> s->log2_mb_size;
100     s->b_height = inlink->h >> s->log2_mb_size;
101     s->b_count = s->b_width * s->b_height;
102
103     for (i = 0; i < 3; i++) {
104         s->mv_table[i] = av_mallocz_array(s->b_count, sizeof(*s->mv_table[0]));
105         if (!s->mv_table[i])
106             return AVERROR(ENOMEM);
107     }
108
109     ff_me_init_context(&s->me_ctx, s->mb_size, s->search_param, inlink->w, inlink->h, 0, (s->b_width - 1) << s->log2_mb_size, 0, (s->b_height - 1) << s->log2_mb_size);
110
111     return 0;
112 }
113
114 static void add_mv_data(AVMotionVector *mv, int mb_size,
115                         int x, int y, int x_mv, int y_mv, int dir)
116 {
117     mv->w = mb_size;
118     mv->h = mb_size;
119     mv->dst_x = x + (mb_size >> 1);
120     mv->dst_y = y + (mb_size >> 1);
121     mv->src_x = x_mv + (mb_size >> 1);
122     mv->src_y = y_mv + (mb_size >> 1);
123     mv->source = dir ? 1 : -1;
124     mv->flags = 0;
125 }
126
127 #define SEARCH_MV(method)\
128     do {\
129         for (mb_y = 0; mb_y < s->b_height; mb_y++)\
130             for (mb_x = 0; mb_x < s->b_width; mb_x++) {\
131                 const int x_mb = mb_x << s->log2_mb_size;\
132                 const int y_mb = mb_y << s->log2_mb_size;\
133                 int mv[2] = {x_mb, y_mb};\
134                 ff_me_search_##method(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);\
135                 add_mv_data(((AVMotionVector *) sd->data) + mv_count++, me_ctx->mb_size, x_mb, y_mb, mv[0], mv[1], dir);\
136             }\
137     } while (0)
138
139 #define ADD_PRED(preds, px, py)\
140     do {\
141         preds.mvs[preds.nb][0] = px;\
142         preds.mvs[preds.nb][1] = py;\
143         preds.nb++;\
144     } while(0)
145
146 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
147 {
148     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
149     MEContext *s = ctx->priv;
150     AVMotionEstContext *me_ctx = &s->me_ctx;
151     AVFrameSideData *sd;
152     AVFrame *out;
153     int mb_x, mb_y, dir;
154     int32_t mv_count = 0;
155     int ret;
156
157     if (frame->pts == AV_NOPTS_VALUE) {
158         ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[0], frame);
159         return ret;
160     }
161
162     av_frame_free(&s->prev);
163     s->prev = s->cur;
164     s->cur  = s->next;
165     s->next = frame;
166
167     s->mv_table[2] = memcpy(s->mv_table[2], s->mv_table[1], sizeof(*s->mv_table[1]) * s->b_count);
168     s->mv_table[1] = memcpy(s->mv_table[1], s->mv_table[0], sizeof(*s->mv_table[0]) * s->b_count);
169
170     if (!s->cur) {
171         s->cur = av_frame_clone(frame);
172         if (!s->cur)
173             return AVERROR(ENOMEM);
174     }
175
176     if (!s->prev)
177         return 0;
178
179     out = av_frame_clone(s->cur);
180     if (!out)
181         return AVERROR(ENOMEM);
182
183     sd = av_frame_new_side_data(out, AV_FRAME_DATA_MOTION_VECTORS, 2 * s->b_count * sizeof(AVMotionVector));
184     if (!sd) {
185         av_frame_free(&out);
186         return AVERROR(ENOMEM);
187     }
188
189     me_ctx->data_cur = s->cur->data[0];
190     me_ctx->linesize = s->cur->linesize[0];
191
192     for (dir = 0; dir < 2; dir++) {
193         me_ctx->data_ref = (dir ? s->next : s->prev)->data[0];
194
195         if (s->method == AV_ME_METHOD_DS)
196             SEARCH_MV(ds);
197         else if (s->method == AV_ME_METHOD_ESA)
198             SEARCH_MV(esa);
199         else if (s->method == AV_ME_METHOD_FSS)
200             SEARCH_MV(fss);
201         else if (s->method == AV_ME_METHOD_NTSS)
202             SEARCH_MV(ntss);
203         else if (s->method == AV_ME_METHOD_TDLS)
204             SEARCH_MV(tdls);
205         else if (s->method == AV_ME_METHOD_TSS)
206             SEARCH_MV(tss);
207         else if (s->method == AV_ME_METHOD_HEXBS)
208             SEARCH_MV(hexbs);
209         else if (s->method == AV_ME_METHOD_UMH) {
210             for (mb_y = 0; mb_y < s->b_height; mb_y++)
211                 for (mb_x = 0; mb_x < s->b_width; mb_x++) {
212                     const int mb_i = mb_x + mb_y * s->b_width;
213                     const int x_mb = mb_x << s->log2_mb_size;
214                     const int y_mb = mb_y << s->log2_mb_size;
215                     int mv[2] = {x_mb, y_mb};
216
217                     AVMotionEstPredictor *preds = me_ctx->preds;
218                     preds[0].nb = 0;
219
220                     ADD_PRED(preds[0], 0, 0);
221
222                     //left mb in current frame
223                     if (mb_x > 0)
224                         ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - 1][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - 1][dir][1]);
225
226                     if (mb_y > 0) {
227                         //top mb in current frame
228                         ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width][dir][1]);
229
230                         //top-right mb in current frame
231                         if (mb_x + 1 < s->b_width)
232                             ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width + 1][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width + 1][dir][1]);
233                         //top-left mb in current frame
234                         else if (mb_x > 0)
235                             ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width - 1][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width - 1][dir][1]);
236                     }
237
238                     //median predictor
239                     if (preds[0].nb == 4) {
240                         me_ctx->pred_x = mid_pred(preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0], preds[0].mvs[3][0]);
241                         me_ctx->pred_y = mid_pred(preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1], preds[0].mvs[3][1]);
242                     } else if (preds[0].nb == 3) {
243                         me_ctx->pred_x = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0]);
244                         me_ctx->pred_y = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1]);
245                     } else if (preds[0].nb == 2) {
246                         me_ctx->pred_x = preds[0].mvs[1][0];
247                         me_ctx->pred_y = preds[0].mvs[1][1];
248                     } else {
249                         me_ctx->pred_x = 0;
250                         me_ctx->pred_y = 0;
251                     }
252
253                     ff_me_search_umh(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
254
255                     s->mv_table[0][mb_i][dir][0] = mv[0] - x_mb;
256                     s->mv_table[0][mb_i][dir][1] = mv[1] - y_mb;
257                     add_mv_data(((AVMotionVector *) sd->data) + mv_count++, me_ctx->mb_size, x_mb, y_mb, mv[0], mv[1], dir);
258                 }
259
260         } else if (s->method == AV_ME_METHOD_EPZS) {
261
262             for (mb_y = 0; mb_y < s->b_height; mb_y++)
263                 for (mb_x = 0; mb_x < s->b_width; mb_x++) {
264                     const int mb_i = mb_x + mb_y * s->b_width;
265                     const int x_mb = mb_x << s->log2_mb_size;
266                     const int y_mb = mb_y << s->log2_mb_size;
267                     int mv[2] = {x_mb, y_mb};
268
269                     AVMotionEstPredictor *preds = me_ctx->preds;
270                     preds[0].nb = 0;
271                     preds[1].nb = 0;
272
273                     ADD_PRED(preds[0], 0, 0);
274
275                     //left mb in current frame
276                     if (mb_x > 0)
277                         ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - 1][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - 1][dir][1]);
278
279                     //top mb in current frame
280                     if (mb_y > 0)
281                         ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width][dir][1]);
282
283                     //top-right mb in current frame
284                     if (mb_y > 0 && mb_x + 1 < s->b_width)
285                         ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width + 1][dir][0], s->mv_table[0][mb_i - s->b_width + 1][dir][1]);
286
287                     //median predictor
288                     if (preds[0].nb == 4) {
289                         me_ctx->pred_x = mid_pred(preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0], preds[0].mvs[3][0]);
290                         me_ctx->pred_y = mid_pred(preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1], preds[0].mvs[3][1]);
291                     } else if (preds[0].nb == 3) {
292                         me_ctx->pred_x = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0]);
293                         me_ctx->pred_y = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1]);
294                     } else if (preds[0].nb == 2) {
295                         me_ctx->pred_x = preds[0].mvs[1][0];
296                         me_ctx->pred_y = preds[0].mvs[1][1];
297                     } else {
298                         me_ctx->pred_x = 0;
299                         me_ctx->pred_y = 0;
300                     }
301
302                     //collocated mb in prev frame
303                     ADD_PRED(preds[0], s->mv_table[1][mb_i][dir][0], s->mv_table[1][mb_i][dir][1]);
304
305                     //accelerator motion vector of collocated block in prev frame
306                     ADD_PRED(preds[1], s->mv_table[1][mb_i][dir][0] + (s->mv_table[1][mb_i][dir][0] - s->mv_table[2][mb_i][dir][0]),
307                                        s->mv_table[1][mb_i][dir][1] + (s->mv_table[1][mb_i][dir][1] - s->mv_table[2][mb_i][dir][1]));
308
309                     //left mb in prev frame
310                     if (mb_x > 0)
311                         ADD_PRED(preds[1], s->mv_table[1][mb_i - 1][dir][0], s->mv_table[1][mb_i - 1][dir][1]);
312
313                     //top mb in prev frame
314                     if (mb_y > 0)
315                         ADD_PRED(preds[1], s->mv_table[1][mb_i - s->b_width][dir][0], s->mv_table[1][mb_i - s->b_width][dir][1]);
316
317                     //right mb in prev frame
318                     if (mb_x + 1 < s->b_width)
319                         ADD_PRED(preds[1], s->mv_table[1][mb_i + 1][dir][0], s->mv_table[1][mb_i + 1][dir][1]);
320
321                     //bottom mb in prev frame
322                     if (mb_y + 1 < s->b_height)
323                         ADD_PRED(preds[1], s->mv_table[1][mb_i + s->b_width][dir][0], s->mv_table[1][mb_i + s->b_width][dir][1]);
324
325                     ff_me_search_epzs(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
326
327                     s->mv_table[0][mb_i][dir][0] = mv[0] - x_mb;
328                     s->mv_table[0][mb_i][dir][1] = mv[1] - y_mb;
329                     add_mv_data(((AVMotionVector *) sd->data) + mv_count++, s->mb_size, x_mb, y_mb, mv[0], mv[1], dir);
330                 }
331         }
332     }
333
334     return ff_filter_frame(ctx->outputs[0], out);
335 }
336
337 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
338 {
339     MEContext *s = ctx->priv;
340     int i;
341
342     av_frame_free(&s->prev);
343     av_frame_free(&s->cur);
344     av_frame_free(&s->next);
345
346     for (i = 0; i < 3; i++)
347         av_freep(&s->mv_table[i]);
348 }
349
350 static const AVFilterPad mestimate_inputs[] = {
351     {
352         .name          = "default",
353         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
354         .filter_frame  = filter_frame,
355         .config_props  = config_input,
356     },
357     { NULL }
358 };
359
360 static const AVFilterPad mestimate_outputs[] = {
361     {
362         .name          = "default",
363         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
364     },
365     { NULL }
366 };
367
368 AVFilter ff_vf_mestimate = {
369     .name          = "mestimate",
370     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Generate motion vectors."),
371     .priv_size     = sizeof(MEContext),
372     .priv_class    = &mestimate_class,
373     .uninit        = uninit,
374     .query_formats = query_formats,
375     .inputs        = mestimate_inputs,
376     .outputs       = mestimate_outputs,
377 };