avfilter/vf_minterpolate: use common scene sad functions
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_minterpolate.c
1 /**
2  * Copyright (c) 2014-2015 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
3  * Copyright (c) 2016 Davinder Singh (DSM_) <ds.mudhar<@gmail.com>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "motion_estimation.h"
23 #include "libavcodec/mathops.h"
24 #include "libavutil/avassert.h"
25 #include "libavutil/common.h"
26 #include "libavutil/motion_vector.h"
27 #include "libavutil/opt.h"
28 #include "libavutil/pixdesc.h"
29 #include "avfilter.h"
30 #include "formats.h"
31 #include "internal.h"
32 #include "video.h"
33 #include "scene_sad.h"
34
35 #define ME_MODE_BIDIR 0
36 #define ME_MODE_BILAT 1
37
38 #define MC_MODE_OBMC 0
39 #define MC_MODE_AOBMC 1
40
41 #define SCD_METHOD_NONE 0
42 #define SCD_METHOD_FDIFF 1
43
44 #define NB_FRAMES 4
45 #define NB_PIXEL_MVS 32
46 #define NB_CLUSTERS 128
47
48 #define ALPHA_MAX 1024
49 #define CLUSTER_THRESHOLD 4
50 #define PX_WEIGHT_MAX 255
51 #define COST_PRED_SCALE 64
52
53 static const uint8_t obmc_linear32[1024] = {
54   0,  0,  0,  0,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  0,  0,  0,  0,
55   0,  4,  4,  4,  8,  8,  8, 12, 12, 16, 16, 16, 20, 20, 20, 24, 24, 20, 20, 20, 16, 16, 16, 12, 12,  8,  8,  8,  4,  4,  4,  0,
56   0,  4,  8,  8, 12, 12, 16, 20, 20, 24, 28, 28, 32, 32, 36, 40, 40, 36, 32, 32, 28, 28, 24, 20, 20, 16, 12, 12,  8,  8,  4,  0,
57   0,  4,  8, 12, 16, 20, 24, 28, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 56, 52, 48, 44, 40, 36, 32, 28, 28, 24, 20, 16, 12,  8,  4,  0,
58   4,  8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68, 68, 64, 60, 56, 52, 48, 44, 40, 32, 28, 24, 20, 16, 12,  8,  4,
59   4,  8, 12, 20, 24, 32, 36, 40, 48, 52, 56, 64, 68, 76, 80, 84, 84, 80, 76, 68, 64, 56, 52, 48, 40, 36, 32, 24, 20, 12,  8,  4,
60   4,  8, 16, 24, 28, 36, 44, 48, 56, 60, 68, 76, 80, 88, 96,100,100, 96, 88, 80, 76, 68, 60, 56, 48, 44, 36, 28, 24, 16,  8,  4,
61   4, 12, 20, 28, 32, 40, 48, 56, 64, 72, 80, 88, 92,100,108,116,116,108,100, 92, 88, 80, 72, 64, 56, 48, 40, 32, 28, 20, 12,  4,
62   4, 12, 20, 28, 40, 48, 56, 64, 72, 80, 88, 96,108,116,124,132,132,124,116,108, 96, 88, 80, 72, 64, 56, 48, 40, 28, 20, 12,  4,
63   4, 16, 24, 32, 44, 52, 60, 72, 80, 92,100,108,120,128,136,148,148,136,128,120,108,100, 92, 80, 72, 60, 52, 44, 32, 24, 16,  4,
64   4, 16, 28, 36, 48, 56, 68, 80, 88,100,112,120,132,140,152,164,164,152,140,132,120,112,100, 88, 80, 68, 56, 48, 36, 28, 16,  4,
65   4, 16, 28, 40, 52, 64, 76, 88, 96,108,120,132,144,156,168,180,180,168,156,144,132,120,108, 96, 88, 76, 64, 52, 40, 28, 16,  4,
66   8, 20, 32, 44, 56, 68, 80, 92,108,120,132,144,156,168,180,192,192,180,168,156,144,132,120,108, 92, 80, 68, 56, 44, 32, 20,  8,
67   8, 20, 32, 48, 60, 76, 88,100,116,128,140,156,168,184,196,208,208,196,184,168,156,140,128,116,100, 88, 76, 60, 48, 32, 20,  8,
68   8, 20, 36, 52, 64, 80, 96,108,124,136,152,168,180,196,212,224,224,212,196,180,168,152,136,124,108, 96, 80, 64, 52, 36, 20,  8,
69   8, 24, 40, 56, 68, 84,100,116,132,148,164,180,192,208,224,240,240,224,208,192,180,164,148,132,116,100, 84, 68, 56, 40, 24,  8,
70   8, 24, 40, 56, 68, 84,100,116,132,148,164,180,192,208,224,240,240,224,208,192,180,164,148,132,116,100, 84, 68, 56, 40, 24,  8,
71   8, 20, 36, 52, 64, 80, 96,108,124,136,152,168,180,196,212,224,224,212,196,180,168,152,136,124,108, 96, 80, 64, 52, 36, 20,  8,
72   8, 20, 32, 48, 60, 76, 88,100,116,128,140,156,168,184,196,208,208,196,184,168,156,140,128,116,100, 88, 76, 60, 48, 32, 20,  8,
73   8, 20, 32, 44, 56, 68, 80, 92,108,120,132,144,156,168,180,192,192,180,168,156,144,132,120,108, 92, 80, 68, 56, 44, 32, 20,  8,
74   4, 16, 28, 40, 52, 64, 76, 88, 96,108,120,132,144,156,168,180,180,168,156,144,132,120,108, 96, 88, 76, 64, 52, 40, 28, 16,  4,
75   4, 16, 28, 36, 48, 56, 68, 80, 88,100,112,120,132,140,152,164,164,152,140,132,120,112,100, 88, 80, 68, 56, 48, 36, 28, 16,  4,
76   4, 16, 24, 32, 44, 52, 60, 72, 80, 92,100,108,120,128,136,148,148,136,128,120,108,100, 92, 80, 72, 60, 52, 44, 32, 24, 16,  4,
77   4, 12, 20, 28, 40, 48, 56, 64, 72, 80, 88, 96,108,116,124,132,132,124,116,108, 96, 88, 80, 72, 64, 56, 48, 40, 28, 20, 12,  4,
78   4, 12, 20, 28, 32, 40, 48, 56, 64, 72, 80, 88, 92,100,108,116,116,108,100, 92, 88, 80, 72, 64, 56, 48, 40, 32, 28, 20, 12,  4,
79   4,  8, 16, 24, 28, 36, 44, 48, 56, 60, 68, 76, 80, 88, 96,100,100, 96, 88, 80, 76, 68, 60, 56, 48, 44, 36, 28, 24, 16,  8,  4,
80   4,  8, 12, 20, 24, 32, 36, 40, 48, 52, 56, 64, 68, 76, 80, 84, 84, 80, 76, 68, 64, 56, 52, 48, 40, 36, 32, 24, 20, 12,  8,  4,
81   4,  8, 12, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 44, 48, 52, 56, 60, 64, 68, 68, 64, 60, 56, 52, 48, 44, 40, 32, 28, 24, 20, 16, 12,  8,  4,
82   0,  4,  8, 12, 16, 20, 24, 28, 28, 32, 36, 40, 44, 48, 52, 56, 56, 52, 48, 44, 40, 36, 32, 28, 28, 24, 20, 16, 12,  8,  4,  0,
83   0,  4,  8,  8, 12, 12, 16, 20, 20, 24, 28, 28, 32, 32, 36, 40, 40, 36, 32, 32, 28, 28, 24, 20, 20, 16, 12, 12,  8,  8,  4,  0,
84   0,  4,  4,  4,  8,  8,  8, 12, 12, 16, 16, 16, 20, 20, 20, 24, 24, 20, 20, 20, 16, 16, 16, 12, 12,  8,  8,  8,  4,  4,  4,  0,
85   0,  0,  0,  0,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  8,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  4,  0,  0,  0,  0,
86 };
87
88 static const uint8_t obmc_linear16[256] = {
89   0,  4,  4,  8,  8, 12, 12, 16, 16, 12, 12,  8,  8,  4,  4,  0,
90   4,  8, 16, 20, 28, 32, 40, 44, 44, 40, 32, 28, 20, 16,  8,  4,
91   4, 16, 24, 36, 44, 56, 64, 76, 76, 64, 56, 44, 36, 24, 16,  4,
92   8, 20, 36, 48, 64, 76, 92,104,104, 92, 76, 64, 48, 36, 20,  8,
93   8, 28, 44, 64, 80,100,116,136,136,116,100, 80, 64, 44, 28,  8,
94  12, 32, 56, 76,100,120,144,164,164,144,120,100, 76, 56, 32, 12,
95  12, 40, 64, 92,116,144,168,196,196,168,144,116, 92, 64, 40, 12,
96  16, 44, 76,104,136,164,196,224,224,196,164,136,104, 76, 44, 16,
97  16, 44, 76,104,136,164,196,224,224,196,164,136,104, 76, 44, 16,
98  12, 40, 64, 92,116,144,168,196,196,168,144,116, 92, 64, 40, 12,
99  12, 32, 56, 76,100,120,144,164,164,144,120,100, 76, 56, 32, 12,
100   8, 28, 44, 64, 80,100,116,136,136,116,100, 80, 64, 44, 28,  8,
101   8, 20, 36, 48, 64, 76, 92,104,104, 92, 76, 64, 48, 36, 20,  8,
102   4, 16, 24, 36, 44, 56, 64, 76, 76, 64, 56, 44, 36, 24, 16,  4,
103   4,  8, 16, 20, 28, 32, 40, 44, 44, 40, 32, 28, 20, 16,  8,  4,
104   0,  4,  4,  8,  8, 12, 12, 16, 16, 12, 12,  8,  8,  4,  4,  0,
105 };
106
107 static const uint8_t obmc_linear8[64] = {
108   4, 12, 20, 28, 28, 20, 12,  4,
109  12, 36, 60, 84, 84, 60, 36, 12,
110  20, 60,100,140,140,100, 60, 20,
111  28, 84,140,196,196,140, 84, 28,
112  28, 84,140,196,196,140, 84, 28,
113  20, 60,100,140,140,100, 60, 20,
114  12, 36, 60, 84, 84, 60, 36, 12,
115   4, 12, 20, 28, 28, 20, 12,  4,
116 };
117
118 static const uint8_t obmc_linear4[16] = {
119  16, 48, 48, 16,
120  48,144,144, 48,
121  48,144,144, 48,
122  16, 48, 48, 16,
123 };
124
125 static const uint8_t * const obmc_tab_linear[4]= {
126     obmc_linear32, obmc_linear16, obmc_linear8, obmc_linear4
127 };
128
129 enum MIMode {
130     MI_MODE_DUP         = 0,
131     MI_MODE_BLEND       = 1,
132     MI_MODE_MCI         = 2,
133 };
134
135 typedef struct Cluster {
136     int64_t sum[2];
137     int nb;
138 } Cluster;
139
140 typedef struct Block {
141     int16_t mvs[2][2];
142     int cid;
143     uint64_t sbad;
144     int sb;
145     struct Block *subs;
146 } Block;
147
148 typedef struct PixelMVS {
149     int16_t mvs[NB_PIXEL_MVS][2];
150 } PixelMVS;
151
152 typedef struct PixelWeights {
153     uint32_t weights[NB_PIXEL_MVS];
154 } PixelWeights;
155
156 typedef struct PixelRefs {
157     int8_t refs[NB_PIXEL_MVS];
158     int nb;
159 } PixelRefs;
160
161 typedef struct Frame {
162     AVFrame *avf;
163     Block *blocks;
164 } Frame;
165
166 typedef struct MIContext {
167     const AVClass *class;
168     AVMotionEstContext me_ctx;
169     AVRational frame_rate;
170     enum MIMode mi_mode;
171     int mc_mode;
172     int me_mode;
173     int me_method;
174     int mb_size;
175     int search_param;
176     int vsbmc;
177
178     Frame frames[NB_FRAMES];
179     Cluster clusters[NB_CLUSTERS];
180     Block *int_blocks;
181     PixelMVS *pixel_mvs;
182     PixelWeights *pixel_weights;
183     PixelRefs *pixel_refs;
184     int (*mv_table[3])[2][2];
185     int64_t out_pts;
186     int b_width, b_height, b_count;
187     int log2_mb_size;
188
189     int scd_method;
190     int scene_changed;
191     ff_scene_sad_fn sad;
192     double prev_mafd;
193     double scd_threshold;
194
195     int log2_chroma_w;
196     int log2_chroma_h;
197     int nb_planes;
198 } MIContext;
199
200 #define OFFSET(x) offsetof(MIContext, x)
201 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
202 #define CONST(name, help, val, unit) { name, help, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=val}, 0, 0, FLAGS, unit }
203
204 static const AVOption minterpolate_options[] = {
205     { "fps", "output's frame rate", OFFSET(frame_rate), AV_OPT_TYPE_VIDEO_RATE, {.str = "60"}, 0, INT_MAX, FLAGS },
206     { "mi_mode", "motion interpolation mode", OFFSET(mi_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = MI_MODE_MCI}, MI_MODE_DUP, MI_MODE_MCI, FLAGS, "mi_mode" },
207         CONST("dup",    "duplicate frames",                     MI_MODE_DUP,            "mi_mode"),
208         CONST("blend",  "blend frames",                         MI_MODE_BLEND,          "mi_mode"),
209         CONST("mci",    "motion compensated interpolation",     MI_MODE_MCI,            "mi_mode"),
210     { "mc_mode", "motion compensation mode", OFFSET(mc_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = MC_MODE_OBMC}, MC_MODE_OBMC, MC_MODE_AOBMC, FLAGS, "mc_mode" },
211         CONST("obmc",   "overlapped block motion compensation", MC_MODE_OBMC,           "mc_mode"),
212         CONST("aobmc",  "adaptive overlapped block motion compensation", MC_MODE_AOBMC, "mc_mode"),
213     { "me_mode", "motion estimation mode", OFFSET(me_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = ME_MODE_BILAT}, ME_MODE_BIDIR, ME_MODE_BILAT, FLAGS, "me_mode" },
214         CONST("bidir",  "bidirectional motion estimation",      ME_MODE_BIDIR,          "me_mode"),
215         CONST("bilat",  "bilateral motion estimation",          ME_MODE_BILAT,          "me_mode"),
216     { "me", "motion estimation method", OFFSET(me_method), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = AV_ME_METHOD_EPZS}, AV_ME_METHOD_ESA, AV_ME_METHOD_UMH, FLAGS, "me" },
217         CONST("esa",    "exhaustive search",                    AV_ME_METHOD_ESA,       "me"),
218         CONST("tss",    "three step search",                    AV_ME_METHOD_TSS,       "me"),
219         CONST("tdls",   "two dimensional logarithmic search",   AV_ME_METHOD_TDLS,      "me"),
220         CONST("ntss",   "new three step search",                AV_ME_METHOD_NTSS,      "me"),
221         CONST("fss",    "four step search",                     AV_ME_METHOD_FSS,       "me"),
222         CONST("ds",     "diamond search",                       AV_ME_METHOD_DS,        "me"),
223         CONST("hexbs",  "hexagon-based search",                 AV_ME_METHOD_HEXBS,     "me"),
224         CONST("epzs",   "enhanced predictive zonal search",     AV_ME_METHOD_EPZS,      "me"),
225         CONST("umh",    "uneven multi-hexagon search",          AV_ME_METHOD_UMH,       "me"),
226     { "mb_size", "macroblock size", OFFSET(mb_size), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 16}, 4, 16, FLAGS },
227     { "search_param", "search parameter", OFFSET(search_param), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 32}, 4, INT_MAX, FLAGS },
228     { "vsbmc", "variable-size block motion compensation", OFFSET(vsbmc), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, FLAGS },
229     { "scd", "scene change detection method", OFFSET(scd_method), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = SCD_METHOD_FDIFF}, SCD_METHOD_NONE, SCD_METHOD_FDIFF, FLAGS, "scene" },
230         CONST("none",   "disable detection",                    SCD_METHOD_NONE,        "scene"),
231         CONST("fdiff",  "frame difference",                     SCD_METHOD_FDIFF,       "scene"),
232     { "scd_threshold", "scene change threshold", OFFSET(scd_threshold), AV_OPT_TYPE_DOUBLE, {.dbl = 5.0}, 0, 100.0, FLAGS },
233     { NULL }
234 };
235
236 AVFILTER_DEFINE_CLASS(minterpolate);
237
238 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
239 {
240     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
241         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,
242         AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUV422P,
243         AV_PIX_FMT_YUV440P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
244         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
245         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
246         AV_PIX_FMT_YUVJ411P,
247         AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUVA444P,
248         AV_PIX_FMT_GRAY8,
249         AV_PIX_FMT_NONE
250     };
251
252     AVFilterFormats *fmts_list = ff_make_format_list(pix_fmts);
253     if (!fmts_list)
254         return AVERROR(ENOMEM);
255     return ff_set_common_formats(ctx, fmts_list);
256 }
257
258 static uint64_t get_sbad(AVMotionEstContext *me_ctx, int x, int y, int x_mv, int y_mv)
259 {
260     uint8_t *data_cur = me_ctx->data_cur;
261     uint8_t *data_next = me_ctx->data_ref;
262     int linesize = me_ctx->linesize;
263     int mv_x1 = x_mv - x;
264     int mv_y1 = y_mv - y;
265     int mv_x, mv_y, i, j;
266     uint64_t sbad = 0;
267
268     x = av_clip(x, me_ctx->x_min, me_ctx->x_max);
269     y = av_clip(y, me_ctx->y_min, me_ctx->y_max);
270     mv_x = av_clip(x_mv - x, -FFMIN(x - me_ctx->x_min, me_ctx->x_max - x), FFMIN(x - me_ctx->x_min, me_ctx->x_max - x));
271     mv_y = av_clip(y_mv - y, -FFMIN(y - me_ctx->y_min, me_ctx->y_max - y), FFMIN(y - me_ctx->y_min, me_ctx->y_max - y));
272
273     data_cur += (y + mv_y) * linesize;
274     data_next += (y - mv_y) * linesize;
275
276     for (j = 0; j < me_ctx->mb_size; j++)
277         for (i = 0; i < me_ctx->mb_size; i++)
278             sbad += FFABS(data_cur[x + mv_x + i + j * linesize] - data_next[x - mv_x + i + j * linesize]);
279
280     return sbad + (FFABS(mv_x1 - me_ctx->pred_x) + FFABS(mv_y1 - me_ctx->pred_y)) * COST_PRED_SCALE;
281 }
282
283 static uint64_t get_sbad_ob(AVMotionEstContext *me_ctx, int x, int y, int x_mv, int y_mv)
284 {
285     uint8_t *data_cur = me_ctx->data_cur;
286     uint8_t *data_next = me_ctx->data_ref;
287     int linesize = me_ctx->linesize;
288     int x_min = me_ctx->x_min + me_ctx->mb_size / 2;
289     int x_max = me_ctx->x_max - me_ctx->mb_size / 2;
290     int y_min = me_ctx->y_min + me_ctx->mb_size / 2;
291     int y_max = me_ctx->y_max - me_ctx->mb_size / 2;
292     int mv_x1 = x_mv - x;
293     int mv_y1 = y_mv - y;
294     int mv_x, mv_y, i, j;
295     uint64_t sbad = 0;
296
297     x = av_clip(x, x_min, x_max);
298     y = av_clip(y, y_min, y_max);
299     mv_x = av_clip(x_mv - x, -FFMIN(x - x_min, x_max - x), FFMIN(x - x_min, x_max - x));
300     mv_y = av_clip(y_mv - y, -FFMIN(y - y_min, y_max - y), FFMIN(y - y_min, y_max - y));
301
302     for (j = -me_ctx->mb_size / 2; j < me_ctx->mb_size * 3 / 2; j++)
303         for (i = -me_ctx->mb_size / 2; i < me_ctx->mb_size * 3 / 2; i++)
304             sbad += FFABS(data_cur[x + mv_x + i + (y + mv_y + j) * linesize] - data_next[x - mv_x + i + (y - mv_y + j) * linesize]);
305
306     return sbad + (FFABS(mv_x1 - me_ctx->pred_x) + FFABS(mv_y1 - me_ctx->pred_y)) * COST_PRED_SCALE;
307 }
308
309 static uint64_t get_sad_ob(AVMotionEstContext *me_ctx, int x, int y, int x_mv, int y_mv)
310 {
311     uint8_t *data_ref = me_ctx->data_ref;
312     uint8_t *data_cur = me_ctx->data_cur;
313     int linesize = me_ctx->linesize;
314     int x_min = me_ctx->x_min + me_ctx->mb_size / 2;
315     int x_max = me_ctx->x_max - me_ctx->mb_size / 2;
316     int y_min = me_ctx->y_min + me_ctx->mb_size / 2;
317     int y_max = me_ctx->y_max - me_ctx->mb_size / 2;
318     int mv_x = x_mv - x;
319     int mv_y = y_mv - y;
320     int i, j;
321     uint64_t sad = 0;
322
323     x = av_clip(x, x_min, x_max);
324     y = av_clip(y, y_min, y_max);
325     x_mv = av_clip(x_mv, x_min, x_max);
326     y_mv = av_clip(y_mv, y_min, y_max);
327
328     for (j = -me_ctx->mb_size / 2; j < me_ctx->mb_size * 3 / 2; j++)
329         for (i = -me_ctx->mb_size / 2; i < me_ctx->mb_size * 3 / 2; i++)
330             sad += FFABS(data_ref[x_mv + i + (y_mv + j) * linesize] - data_cur[x + i + (y + j) * linesize]);
331
332     return sad + (FFABS(mv_x - me_ctx->pred_x) + FFABS(mv_y - me_ctx->pred_y)) * COST_PRED_SCALE;
333 }
334
335 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
336 {
337     MIContext *mi_ctx = inlink->dst->priv;
338     AVMotionEstContext *me_ctx = &mi_ctx->me_ctx;
339     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
340     const int height = inlink->h;
341     const int width  = inlink->w;
342     int i, ret = 0;
343
344     mi_ctx->log2_chroma_h = desc->log2_chroma_h;
345     mi_ctx->log2_chroma_w = desc->log2_chroma_w;
346
347     mi_ctx->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
348
349     mi_ctx->log2_mb_size = av_ceil_log2_c(mi_ctx->mb_size);
350     mi_ctx->mb_size = 1 << mi_ctx->log2_mb_size;
351
352     mi_ctx->b_width  = width >> mi_ctx->log2_mb_size;
353     mi_ctx->b_height = height >> mi_ctx->log2_mb_size;
354     mi_ctx->b_count = mi_ctx->b_width * mi_ctx->b_height;
355
356     for (i = 0; i < NB_FRAMES; i++) {
357         Frame *frame = &mi_ctx->frames[i];
358         frame->blocks = av_mallocz_array(mi_ctx->b_count, sizeof(Block));
359         if (!frame->blocks)
360             return AVERROR(ENOMEM);
361     }
362
363     if (mi_ctx->mi_mode == MI_MODE_MCI) {
364         mi_ctx->pixel_mvs = av_mallocz_array(width * height, sizeof(PixelMVS));
365         mi_ctx->pixel_weights = av_mallocz_array(width * height, sizeof(PixelWeights));
366         mi_ctx->pixel_refs = av_mallocz_array(width * height, sizeof(PixelRefs));
367         if (!mi_ctx->pixel_mvs || !mi_ctx->pixel_weights || !mi_ctx->pixel_refs) {
368             ret = AVERROR(ENOMEM);
369             goto fail;
370         }
371
372         if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BILAT)
373             if (!(mi_ctx->int_blocks = av_mallocz_array(mi_ctx->b_count, sizeof(Block))))
374                 return AVERROR(ENOMEM);
375
376         if (mi_ctx->me_method == AV_ME_METHOD_EPZS) {
377             for (i = 0; i < 3; i++) {
378                 mi_ctx->mv_table[i] = av_mallocz_array(mi_ctx->b_count, sizeof(*mi_ctx->mv_table[0]));
379                 if (!mi_ctx->mv_table[i])
380                     return AVERROR(ENOMEM);
381             }
382         }
383     }
384
385     if (mi_ctx->scd_method == SCD_METHOD_FDIFF) {
386         mi_ctx->sad = ff_scene_sad_get_fn(8);
387         if (!mi_ctx->sad)
388             return AVERROR(EINVAL);
389     }
390
391     ff_me_init_context(me_ctx, mi_ctx->mb_size, mi_ctx->search_param, width, height, 0, (mi_ctx->b_width - 1) << mi_ctx->log2_mb_size, 0, (mi_ctx->b_height - 1) << mi_ctx->log2_mb_size);
392
393     if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BIDIR)
394         me_ctx->get_cost = &get_sad_ob;
395     else if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BILAT)
396         me_ctx->get_cost = &get_sbad_ob;
397
398     return 0;
399 fail:
400     for (i = 0; i < NB_FRAMES; i++)
401         av_freep(&mi_ctx->frames[i].blocks);
402     av_freep(&mi_ctx->pixel_mvs);
403     av_freep(&mi_ctx->pixel_weights);
404     av_freep(&mi_ctx->pixel_refs);
405     return ret;
406 }
407
408 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
409 {
410     MIContext *mi_ctx = outlink->src->priv;
411
412     outlink->frame_rate = mi_ctx->frame_rate;
413     outlink->time_base  = av_inv_q(mi_ctx->frame_rate);
414
415     return 0;
416 }
417
418 #define ADD_PRED(preds, px, py)\
419     do {\
420         preds.mvs[preds.nb][0] = px;\
421         preds.mvs[preds.nb][1] = py;\
422         preds.nb++;\
423     } while(0)
424
425 static void search_mv(MIContext *mi_ctx, Block *blocks, int mb_x, int mb_y, int dir)
426 {
427     AVMotionEstContext *me_ctx = &mi_ctx->me_ctx;
428     AVMotionEstPredictor *preds = me_ctx->preds;
429     Block *block = &blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
430
431     const int x_mb = mb_x << mi_ctx->log2_mb_size;
432     const int y_mb = mb_y << mi_ctx->log2_mb_size;
433     const int mb_i = mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width;
434     int mv[2] = {x_mb, y_mb};
435
436     switch (mi_ctx->me_method) {
437         case AV_ME_METHOD_ESA:
438             ff_me_search_esa(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
439             break;
440         case AV_ME_METHOD_TSS:
441             ff_me_search_tss(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
442             break;
443         case AV_ME_METHOD_TDLS:
444             ff_me_search_tdls(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
445             break;
446         case AV_ME_METHOD_NTSS:
447             ff_me_search_ntss(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
448             break;
449         case AV_ME_METHOD_FSS:
450             ff_me_search_fss(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
451             break;
452         case AV_ME_METHOD_DS:
453             ff_me_search_ds(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
454             break;
455         case AV_ME_METHOD_HEXBS:
456             ff_me_search_hexbs(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
457             break;
458         case AV_ME_METHOD_EPZS:
459
460             preds[0].nb = 0;
461             preds[1].nb = 0;
462
463             ADD_PRED(preds[0], 0, 0);
464
465             //left mb in current frame
466             if (mb_x > 0)
467                 ADD_PRED(preds[0], mi_ctx->mv_table[0][mb_i - 1][dir][0], mi_ctx->mv_table[0][mb_i - 1][dir][1]);
468
469             //top mb in current frame
470             if (mb_y > 0)
471                 ADD_PRED(preds[0], mi_ctx->mv_table[0][mb_i - mi_ctx->b_width][dir][0], mi_ctx->mv_table[0][mb_i - mi_ctx->b_width][dir][1]);
472
473             //top-right mb in current frame
474             if (mb_y > 0 && mb_x + 1 < mi_ctx->b_width)
475                 ADD_PRED(preds[0], mi_ctx->mv_table[0][mb_i - mi_ctx->b_width + 1][dir][0], mi_ctx->mv_table[0][mb_i - mi_ctx->b_width + 1][dir][1]);
476
477             //median predictor
478             if (preds[0].nb == 4) {
479                 me_ctx->pred_x = mid_pred(preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0], preds[0].mvs[3][0]);
480                 me_ctx->pred_y = mid_pred(preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1], preds[0].mvs[3][1]);
481             } else if (preds[0].nb == 3) {
482                 me_ctx->pred_x = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0]);
483                 me_ctx->pred_y = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1]);
484             } else if (preds[0].nb == 2) {
485                 me_ctx->pred_x = preds[0].mvs[1][0];
486                 me_ctx->pred_y = preds[0].mvs[1][1];
487             } else {
488                 me_ctx->pred_x = 0;
489                 me_ctx->pred_y = 0;
490             }
491
492             //collocated mb in prev frame
493             ADD_PRED(preds[0], mi_ctx->mv_table[1][mb_i][dir][0], mi_ctx->mv_table[1][mb_i][dir][1]);
494
495             //accelerator motion vector of collocated block in prev frame
496             ADD_PRED(preds[1], mi_ctx->mv_table[1][mb_i][dir][0] + (mi_ctx->mv_table[1][mb_i][dir][0] - mi_ctx->mv_table[2][mb_i][dir][0]),
497                                mi_ctx->mv_table[1][mb_i][dir][1] + (mi_ctx->mv_table[1][mb_i][dir][1] - mi_ctx->mv_table[2][mb_i][dir][1]));
498
499             //left mb in prev frame
500             if (mb_x > 0)
501                 ADD_PRED(preds[1], mi_ctx->mv_table[1][mb_i - 1][dir][0], mi_ctx->mv_table[1][mb_i - 1][dir][1]);
502
503             //top mb in prev frame
504             if (mb_y > 0)
505                 ADD_PRED(preds[1], mi_ctx->mv_table[1][mb_i - mi_ctx->b_width][dir][0], mi_ctx->mv_table[1][mb_i - mi_ctx->b_width][dir][1]);
506
507             //right mb in prev frame
508             if (mb_x + 1 < mi_ctx->b_width)
509                 ADD_PRED(preds[1], mi_ctx->mv_table[1][mb_i + 1][dir][0], mi_ctx->mv_table[1][mb_i + 1][dir][1]);
510
511             //bottom mb in prev frame
512             if (mb_y + 1 < mi_ctx->b_height)
513                 ADD_PRED(preds[1], mi_ctx->mv_table[1][mb_i + mi_ctx->b_width][dir][0], mi_ctx->mv_table[1][mb_i + mi_ctx->b_width][dir][1]);
514
515             ff_me_search_epzs(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
516
517             mi_ctx->mv_table[0][mb_i][dir][0] = mv[0] - x_mb;
518             mi_ctx->mv_table[0][mb_i][dir][1] = mv[1] - y_mb;
519
520             break;
521         case AV_ME_METHOD_UMH:
522
523             preds[0].nb = 0;
524
525             ADD_PRED(preds[0], 0, 0);
526
527             //left mb in current frame
528             if (mb_x > 0)
529                 ADD_PRED(preds[0], blocks[mb_i - 1].mvs[dir][0], blocks[mb_i - 1].mvs[dir][1]);
530
531             if (mb_y > 0) {
532                 //top mb in current frame
533                 ADD_PRED(preds[0], blocks[mb_i - mi_ctx->b_width].mvs[dir][0], blocks[mb_i - mi_ctx->b_width].mvs[dir][1]);
534
535                 //top-right mb in current frame
536                 if (mb_x + 1 < mi_ctx->b_width)
537                     ADD_PRED(preds[0], blocks[mb_i - mi_ctx->b_width + 1].mvs[dir][0], blocks[mb_i - mi_ctx->b_width + 1].mvs[dir][1]);
538                 //top-left mb in current frame
539                 else if (mb_x > 0)
540                     ADD_PRED(preds[0], blocks[mb_i - mi_ctx->b_width - 1].mvs[dir][0], blocks[mb_i - mi_ctx->b_width - 1].mvs[dir][1]);
541             }
542
543             //median predictor
544             if (preds[0].nb == 4) {
545                 me_ctx->pred_x = mid_pred(preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0], preds[0].mvs[3][0]);
546                 me_ctx->pred_y = mid_pred(preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1], preds[0].mvs[3][1]);
547             } else if (preds[0].nb == 3) {
548                 me_ctx->pred_x = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][0], preds[0].mvs[2][0]);
549                 me_ctx->pred_y = mid_pred(0, preds[0].mvs[1][1], preds[0].mvs[2][1]);
550             } else if (preds[0].nb == 2) {
551                 me_ctx->pred_x = preds[0].mvs[1][0];
552                 me_ctx->pred_y = preds[0].mvs[1][1];
553             } else {
554                 me_ctx->pred_x = 0;
555                 me_ctx->pred_y = 0;
556             }
557
558             ff_me_search_umh(me_ctx, x_mb, y_mb, mv);
559
560             break;
561     }
562
563     block->mvs[dir][0] = mv[0] - x_mb;
564     block->mvs[dir][1] = mv[1] - y_mb;
565 }
566
567 static void bilateral_me(MIContext *mi_ctx)
568 {
569     Block *block;
570     int mb_x, mb_y;
571
572     for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
573         for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
574             block = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
575
576             block->cid = 0;
577             block->sb = 0;
578
579             block->mvs[0][0] = 0;
580             block->mvs[0][1] = 0;
581         }
582
583     for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
584         for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++)
585             search_mv(mi_ctx, mi_ctx->int_blocks, mb_x, mb_y, 0);
586 }
587
588 static int var_size_bme(MIContext *mi_ctx, Block *block, int x_mb, int y_mb, int n)
589 {
590     AVMotionEstContext *me_ctx = &mi_ctx->me_ctx;
591     uint64_t cost_sb, cost_old;
592     int mb_size = me_ctx->mb_size;
593     int search_param = me_ctx->search_param;
594     int mv_x, mv_y;
595     int x, y;
596     int ret;
597
598     me_ctx->mb_size = 1 << n;
599     cost_old = me_ctx->get_cost(me_ctx, x_mb, y_mb, x_mb + block->mvs[0][0], y_mb + block->mvs[0][1]);
600     me_ctx->mb_size = mb_size;
601
602     if (!cost_old) {
603         block->sb = 0;
604         return 0;
605     }
606
607     if (!block->subs) {
608         block->subs = av_mallocz_array(4, sizeof(Block));
609         if (!block->subs)
610             return AVERROR(ENOMEM);
611     }
612
613     block->sb = 1;
614
615     for (y = 0; y < 2; y++)
616         for (x = 0; x < 2; x++) {
617             Block *sb = &block->subs[x + y * 2];
618             int mv[2] = {x_mb + block->mvs[0][0], y_mb + block->mvs[0][1]};
619
620             me_ctx->mb_size = 1 << (n - 1);
621             me_ctx->search_param = 2;
622             me_ctx->pred_x = block->mvs[0][0];
623             me_ctx->pred_y = block->mvs[0][1];
624
625             cost_sb = ff_me_search_ds(&mi_ctx->me_ctx, x_mb + block->mvs[0][0], y_mb + block->mvs[0][1], mv);
626             mv_x = mv[0] - x_mb;
627             mv_y = mv[1] - y_mb;
628
629             me_ctx->mb_size = mb_size;
630             me_ctx->search_param = search_param;
631
632             if (cost_sb < cost_old / 4) {
633                 sb->mvs[0][0] = mv_x;
634                 sb->mvs[0][1] = mv_y;
635
636                 if (n > 1) {
637                     if (ret = var_size_bme(mi_ctx, sb, x_mb + (x << (n - 1)), y_mb + (y << (n - 1)), n - 1))
638                         return ret;
639                 } else
640                     sb->sb = 0;
641             } else {
642                 block->sb = 0;
643                 return 0;
644             }
645         }
646
647     return 0;
648 }
649
650 static int cluster_mvs(MIContext *mi_ctx)
651 {
652     int changed, c, c_max = 0;
653     int mb_x, mb_y, x, y;
654     int mv_x, mv_y, avg_x, avg_y, dx, dy;
655     int d, ret;
656     Block *block;
657     Cluster *cluster, *cluster_new;
658
659     do {
660         changed = 0;
661         for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
662             for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
663                 block = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
664                 c = block->cid;
665                 cluster = &mi_ctx->clusters[c];
666                 mv_x = block->mvs[0][0];
667                 mv_y = block->mvs[0][1];
668
669                 if (cluster->nb < 2)
670                     continue;
671
672                 avg_x = cluster->sum[0] / cluster->nb;
673                 avg_y = cluster->sum[1] / cluster->nb;
674                 dx = avg_x - mv_x;
675                 dy = avg_y - mv_y;
676
677                 if (FFABS(dx) > CLUSTER_THRESHOLD || FFABS(dy) > CLUSTER_THRESHOLD) {
678
679                     for (d = 1; d < 5; d++)
680                         for (y = FFMAX(mb_y - d, 0); y < FFMIN(mb_y + d + 1, mi_ctx->b_height); y++)
681                             for (x = FFMAX(mb_x - d, 0); x < FFMIN(mb_x + d + 1, mi_ctx->b_width); x++) {
682                                 Block *nb = &mi_ctx->int_blocks[x + y * mi_ctx->b_width];
683                                 if (nb->cid > block->cid) {
684                                     if (nb->cid < c || c == block->cid)
685                                         c = nb->cid;
686                                 }
687                             }
688
689                     if (c == block->cid)
690                         c = c_max + 1;
691
692                     if (c >= NB_CLUSTERS) {
693                         continue;
694                     }
695
696                     cluster_new = &mi_ctx->clusters[c];
697                     cluster_new->sum[0] += mv_x;
698                     cluster_new->sum[1] += mv_y;
699                     cluster->sum[0] -= mv_x;
700                     cluster->sum[1] -= mv_y;
701                     cluster_new->nb++;
702                     cluster->nb--;
703
704                     c_max = FFMAX(c_max, c);
705                     block->cid = c;
706
707                     changed = 1;
708                 }
709             }
710     } while (changed);
711
712     /* find boundaries */
713     for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
714         for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
715             block = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
716             for (y = FFMAX(mb_y - 1, 0); y < FFMIN(mb_y + 2, mi_ctx->b_height); y++)
717                 for (x = FFMAX(mb_x - 1, 0); x < FFMIN(mb_x + 2, mi_ctx->b_width); x++) {
718                     dx = x - mb_x;
719                     dy = y - mb_y;
720
721                     if ((x - mb_x) && (y - mb_y) || !dx && !dy)
722                         continue;
723
724                     if (!mb_x || !mb_y || mb_x == mi_ctx->b_width - 1 || mb_y == mi_ctx->b_height - 1)
725                         continue;
726
727                     if (block->cid != mi_ctx->int_blocks[x + y * mi_ctx->b_width].cid) {
728                         if (!dx && block->cid == mi_ctx->int_blocks[x + (mb_y - dy) * mi_ctx->b_width].cid ||
729                             !dy && block->cid == mi_ctx->int_blocks[(mb_x - dx) + y * mi_ctx->b_width].cid) {
730                             if (ret = var_size_bme(mi_ctx, block, mb_x << mi_ctx->log2_mb_size, mb_y << mi_ctx->log2_mb_size, mi_ctx->log2_mb_size))
731                                 return ret;
732                         }
733                     }
734                 }
735         }
736
737     return 0;
738 }
739
740 static int inject_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *avf_in)
741 {
742     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
743     MIContext *mi_ctx = ctx->priv;
744     Frame frame_tmp;
745     int mb_x, mb_y, dir;
746
747     av_frame_free(&mi_ctx->frames[0].avf);
748     frame_tmp = mi_ctx->frames[0];
749     memmove(&mi_ctx->frames[0], &mi_ctx->frames[1], sizeof(mi_ctx->frames[0]) * (NB_FRAMES - 1));
750     mi_ctx->frames[NB_FRAMES - 1] = frame_tmp;
751     mi_ctx->frames[NB_FRAMES - 1].avf = avf_in;
752
753     if (mi_ctx->mi_mode == MI_MODE_MCI) {
754
755         if (mi_ctx->me_method == AV_ME_METHOD_EPZS) {
756             mi_ctx->mv_table[2] = memcpy(mi_ctx->mv_table[2], mi_ctx->mv_table[1], sizeof(*mi_ctx->mv_table[1]) * mi_ctx->b_count);
757             mi_ctx->mv_table[1] = memcpy(mi_ctx->mv_table[1], mi_ctx->mv_table[0], sizeof(*mi_ctx->mv_table[0]) * mi_ctx->b_count);
758         }
759
760         if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BIDIR) {
761
762             if (mi_ctx->frames[1].avf) {
763                 for (dir = 0; dir < 2; dir++) {
764                     mi_ctx->me_ctx.linesize = mi_ctx->frames[2].avf->linesize[0];
765                     mi_ctx->me_ctx.data_cur = mi_ctx->frames[2].avf->data[0];
766                     mi_ctx->me_ctx.data_ref = mi_ctx->frames[dir ? 3 : 1].avf->data[0];
767
768                     for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
769                         for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++)
770                             search_mv(mi_ctx, mi_ctx->frames[2].blocks, mb_x, mb_y, dir);
771                 }
772             }
773
774         } else if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BILAT) {
775             Block *block;
776             int i, ret;
777
778             if (!mi_ctx->frames[0].avf)
779                 return 0;
780
781             mi_ctx->me_ctx.linesize = mi_ctx->frames[0].avf->linesize[0];
782             mi_ctx->me_ctx.data_cur = mi_ctx->frames[1].avf->data[0];
783             mi_ctx->me_ctx.data_ref = mi_ctx->frames[2].avf->data[0];
784
785             bilateral_me(mi_ctx);
786
787             if (mi_ctx->mc_mode == MC_MODE_AOBMC) {
788
789                 for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
790                     for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
791                         int x_mb = mb_x << mi_ctx->log2_mb_size;
792                         int y_mb = mb_y << mi_ctx->log2_mb_size;
793                         block = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
794
795                         block->sbad = get_sbad(&mi_ctx->me_ctx, x_mb, y_mb, x_mb + block->mvs[0][0], y_mb + block->mvs[0][1]);
796                     }
797             }
798
799             if (mi_ctx->vsbmc) {
800
801                 for (i = 0; i < NB_CLUSTERS; i++) {
802                     mi_ctx->clusters[i].sum[0] = 0;
803                     mi_ctx->clusters[i].sum[1] = 0;
804                     mi_ctx->clusters[i].nb = 0;
805                 }
806
807                 for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
808                     for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
809                         block = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
810
811                         mi_ctx->clusters[0].sum[0] += block->mvs[0][0];
812                         mi_ctx->clusters[0].sum[1] += block->mvs[0][1];
813                     }
814
815                 mi_ctx->clusters[0].nb = mi_ctx->b_count;
816
817                 if (ret = cluster_mvs(mi_ctx))
818                     return ret;
819             }
820         }
821     }
822
823     return 0;
824 }
825
826 static int detect_scene_change(MIContext *mi_ctx)
827 {
828     AVMotionEstContext *me_ctx = &mi_ctx->me_ctx;
829     int x, y;
830     uint8_t *p1 = mi_ctx->frames[1].avf->data[0];
831     ptrdiff_t linesize1 = mi_ctx->frames[1].avf->linesize[0];
832     uint8_t *p2 = mi_ctx->frames[2].avf->data[0];
833     ptrdiff_t linesize2 = mi_ctx->frames[2].avf->linesize[0];
834
835     if (mi_ctx->scd_method == SCD_METHOD_FDIFF) {
836         double ret = 0, mafd, diff;
837         uint64_t sad;
838         mi_ctx->sad(p1, linesize1, p2, linesize2, me_ctx->width, me_ctx->height, &sad);
839         emms_c();
840         mafd = (double) sad / (me_ctx->height * me_ctx->width * 3);
841         diff = fabs(mafd - mi_ctx->prev_mafd);
842         ret  = av_clipf(FFMIN(mafd, diff), 0, 100.0);
843         mi_ctx->prev_mafd = mafd;
844
845         return ret >= mi_ctx->scd_threshold;
846     }
847
848     return 0;
849 }
850
851 #define ADD_PIXELS(b_weight, mv_x, mv_y)\
852     do {\
853         if (!b_weight || pixel_refs->nb + 1 >= NB_PIXEL_MVS)\
854             continue;\
855         pixel_refs->refs[pixel_refs->nb] = 1;\
856         pixel_weights->weights[pixel_refs->nb] = b_weight * (ALPHA_MAX - alpha);\
857         pixel_mvs->mvs[pixel_refs->nb][0] = av_clip((mv_x * alpha) / ALPHA_MAX, x_min, x_max);\
858         pixel_mvs->mvs[pixel_refs->nb][1] = av_clip((mv_y * alpha) / ALPHA_MAX, y_min, y_max);\
859         pixel_refs->nb++;\
860         pixel_refs->refs[pixel_refs->nb] = 2;\
861         pixel_weights->weights[pixel_refs->nb] = b_weight * alpha;\
862         pixel_mvs->mvs[pixel_refs->nb][0] = av_clip(-mv_x * (ALPHA_MAX - alpha) / ALPHA_MAX, x_min, x_max);\
863         pixel_mvs->mvs[pixel_refs->nb][1] = av_clip(-mv_y * (ALPHA_MAX - alpha) / ALPHA_MAX, y_min, y_max);\
864         pixel_refs->nb++;\
865     } while(0)
866
867 static void bidirectional_obmc(MIContext *mi_ctx, int alpha)
868 {
869     int x, y;
870     int width = mi_ctx->frames[0].avf->width;
871     int height = mi_ctx->frames[0].avf->height;
872     int mb_y, mb_x, dir;
873
874     for (y = 0; y < height; y++)
875         for (x = 0; x < width; x++)
876             mi_ctx->pixel_refs[x + y * width].nb = 0;
877
878     for (dir = 0; dir < 2; dir++)
879         for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
880             for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
881                 int a = dir ? alpha : (ALPHA_MAX - alpha);
882                 int mv_x = mi_ctx->frames[2 - dir].blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width].mvs[dir][0];
883                 int mv_y = mi_ctx->frames[2 - dir].blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width].mvs[dir][1];
884                 int start_x, start_y;
885                 int startc_x, startc_y, endc_x, endc_y;
886
887                 start_x = (mb_x << mi_ctx->log2_mb_size) - mi_ctx->mb_size / 2 + mv_x * a / ALPHA_MAX;
888                 start_y = (mb_y << mi_ctx->log2_mb_size) - mi_ctx->mb_size / 2 + mv_y * a / ALPHA_MAX;
889
890                 startc_x = av_clip(start_x, 0, width - 1);
891                 startc_y = av_clip(start_y, 0, height - 1);
892                 endc_x = av_clip(start_x + (2 << mi_ctx->log2_mb_size), 0, width - 1);
893                 endc_y = av_clip(start_y + (2 << mi_ctx->log2_mb_size), 0, height - 1);
894
895                 if (dir) {
896                     mv_x = -mv_x;
897                     mv_y = -mv_y;
898                 }
899
900                 for (y = startc_y; y < endc_y; y++) {
901                     int y_min = -y;
902                     int y_max = height - y - 1;
903                     for (x = startc_x; x < endc_x; x++) {
904                         int x_min = -x;
905                         int x_max = width - x - 1;
906                         int obmc_weight = obmc_tab_linear[4 - mi_ctx->log2_mb_size][(x - start_x) + ((y - start_y) << (mi_ctx->log2_mb_size + 1))];
907                         PixelMVS *pixel_mvs = &mi_ctx->pixel_mvs[x + y * width];
908                         PixelWeights *pixel_weights = &mi_ctx->pixel_weights[x + y * width];
909                         PixelRefs *pixel_refs = &mi_ctx->pixel_refs[x + y * width];
910
911                         ADD_PIXELS(obmc_weight, mv_x, mv_y);
912                     }
913                 }
914             }
915 }
916
917 static void set_frame_data(MIContext *mi_ctx, int alpha, AVFrame *avf_out)
918 {
919     int x, y, plane;
920
921     for (plane = 0; plane < mi_ctx->nb_planes; plane++) {
922         int width = avf_out->width;
923         int height = avf_out->height;
924         int chroma = plane == 1 || plane == 2;
925
926         for (y = 0; y < height; y++)
927             for (x = 0; x < width; x++) {
928                 int x_mv, y_mv;
929                 int weight_sum = 0;
930                 int i, val = 0;
931                 PixelMVS *pixel_mvs = &mi_ctx->pixel_mvs[x + y * avf_out->width];
932                 PixelWeights *pixel_weights = &mi_ctx->pixel_weights[x + y * avf_out->width];
933                 PixelRefs *pixel_refs = &mi_ctx->pixel_refs[x + y * avf_out->width];
934
935                 for (i = 0; i < pixel_refs->nb; i++)
936                     weight_sum += pixel_weights->weights[i];
937
938                 if (!weight_sum || !pixel_refs->nb) {
939                     pixel_weights->weights[0] = ALPHA_MAX - alpha;
940                     pixel_refs->refs[0] = 1;
941                     pixel_mvs->mvs[0][0] = 0;
942                     pixel_mvs->mvs[0][1] = 0;
943                     pixel_weights->weights[1] = alpha;
944                     pixel_refs->refs[1] = 2;
945                     pixel_mvs->mvs[1][0] = 0;
946                     pixel_mvs->mvs[1][1] = 0;
947                     pixel_refs->nb = 2;
948
949                     weight_sum = ALPHA_MAX;
950                 }
951
952                 for (i = 0; i < pixel_refs->nb; i++) {
953                     Frame *frame = &mi_ctx->frames[pixel_refs->refs[i]];
954                     if (chroma) {
955                         x_mv = (x >> mi_ctx->log2_chroma_w) + pixel_mvs->mvs[i][0] / (1 << mi_ctx->log2_chroma_w);
956                         y_mv = (y >> mi_ctx->log2_chroma_h) + pixel_mvs->mvs[i][1] / (1 << mi_ctx->log2_chroma_h);
957                     } else {
958                         x_mv = x + pixel_mvs->mvs[i][0];
959                         y_mv = y + pixel_mvs->mvs[i][1];
960                     }
961
962                     val += pixel_weights->weights[i] * frame->avf->data[plane][x_mv + y_mv * frame->avf->linesize[plane]];
963                 }
964
965                 val = ROUNDED_DIV(val, weight_sum);
966
967                 if (chroma)
968                     avf_out->data[plane][(x >> mi_ctx->log2_chroma_w) + (y >> mi_ctx->log2_chroma_h) * avf_out->linesize[plane]] = val;
969                 else
970                     avf_out->data[plane][x + y * avf_out->linesize[plane]] = val;
971             }
972     }
973 }
974
975 static void var_size_bmc(MIContext *mi_ctx, Block *block, int x_mb, int y_mb, int n, int alpha)
976 {
977     int sb_x, sb_y;
978     int width = mi_ctx->frames[0].avf->width;
979     int height = mi_ctx->frames[0].avf->height;
980
981     for (sb_y = 0; sb_y < 2; sb_y++)
982         for (sb_x = 0; sb_x < 2; sb_x++) {
983             Block *sb = &block->subs[sb_x + sb_y * 2];
984
985             if (sb->sb)
986                 var_size_bmc(mi_ctx, sb, x_mb + (sb_x << (n - 1)), y_mb + (sb_y << (n - 1)), n - 1, alpha);
987             else {
988                 int x, y;
989                 int mv_x = sb->mvs[0][0] * 2;
990                 int mv_y = sb->mvs[0][1] * 2;
991
992                 int start_x = x_mb + (sb_x << (n - 1));
993                 int start_y = y_mb + (sb_y << (n - 1));
994                 int end_x = start_x + (1 << (n - 1));
995                 int end_y = start_y + (1 << (n - 1));
996
997                 for (y = start_y; y < end_y; y++)  {
998                     int y_min = -y;
999                     int y_max = height - y - 1;
1000                     for (x = start_x; x < end_x; x++) {
1001                         int x_min = -x;
1002                         int x_max = width - x - 1;
1003                         PixelMVS *pixel_mvs = &mi_ctx->pixel_mvs[x + y * width];
1004                         PixelWeights *pixel_weights = &mi_ctx->pixel_weights[x + y * width];
1005                         PixelRefs *pixel_refs = &mi_ctx->pixel_refs[x + y * width];
1006
1007                         ADD_PIXELS(PX_WEIGHT_MAX, mv_x, mv_y);
1008                     }
1009                 }
1010             }
1011         }
1012 }
1013
1014 static void bilateral_obmc(MIContext *mi_ctx, Block *block, int mb_x, int mb_y, int alpha)
1015 {
1016     int x, y;
1017     int width = mi_ctx->frames[0].avf->width;
1018     int height = mi_ctx->frames[0].avf->height;
1019
1020     Block *nb;
1021     int nb_x, nb_y;
1022     uint64_t sbads[9];
1023
1024     int mv_x = block->mvs[0][0] * 2;
1025     int mv_y = block->mvs[0][1] * 2;
1026     int start_x, start_y;
1027     int startc_x, startc_y, endc_x, endc_y;
1028
1029     if (mi_ctx->mc_mode == MC_MODE_AOBMC)
1030         for (nb_y = FFMAX(0, mb_y - 1); nb_y < FFMIN(mb_y + 2, mi_ctx->b_height); nb_y++)
1031             for (nb_x = FFMAX(0, mb_x - 1); nb_x < FFMIN(mb_x + 2, mi_ctx->b_width); nb_x++) {
1032                 int x_nb = nb_x << mi_ctx->log2_mb_size;
1033                 int y_nb = nb_y << mi_ctx->log2_mb_size;
1034
1035                 if (nb_x - mb_x || nb_y - mb_y)
1036                     sbads[nb_x - mb_x + 1 + (nb_y - mb_y + 1) * 3] = get_sbad(&mi_ctx->me_ctx, x_nb, y_nb, x_nb + block->mvs[0][0], y_nb + block->mvs[0][1]);
1037             }
1038
1039     start_x = (mb_x << mi_ctx->log2_mb_size) - mi_ctx->mb_size / 2;
1040     start_y = (mb_y << mi_ctx->log2_mb_size) - mi_ctx->mb_size / 2;
1041
1042     startc_x = av_clip(start_x, 0, width - 1);
1043     startc_y = av_clip(start_y, 0, height - 1);
1044     endc_x = av_clip(start_x + (2 << mi_ctx->log2_mb_size), 0, width - 1);
1045     endc_y = av_clip(start_y + (2 << mi_ctx->log2_mb_size), 0, height - 1);
1046
1047     for (y = startc_y; y < endc_y; y++) {
1048         int y_min = -y;
1049         int y_max = height - y - 1;
1050         for (x = startc_x; x < endc_x; x++) {
1051             int x_min = -x;
1052             int x_max = width - x - 1;
1053             int obmc_weight = obmc_tab_linear[4 - mi_ctx->log2_mb_size][(x - start_x) + ((y - start_y) << (mi_ctx->log2_mb_size + 1))];
1054             PixelMVS *pixel_mvs = &mi_ctx->pixel_mvs[x + y * width];
1055             PixelWeights *pixel_weights = &mi_ctx->pixel_weights[x + y * width];
1056             PixelRefs *pixel_refs = &mi_ctx->pixel_refs[x + y * width];
1057
1058             if (mi_ctx->mc_mode == MC_MODE_AOBMC) {
1059                 nb_x = (((x - start_x) >> (mi_ctx->log2_mb_size - 1)) * 2 - 3) / 2;
1060                 nb_y = (((y - start_y) >> (mi_ctx->log2_mb_size - 1)) * 2 - 3) / 2;
1061
1062                 if (nb_x || nb_y) {
1063                     uint64_t sbad = sbads[nb_x + 1 + (nb_y + 1) * 3];
1064                     nb = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + nb_x + (mb_y + nb_y) * mi_ctx->b_width];
1065
1066                     if (sbad && sbad != UINT64_MAX && nb->sbad != UINT64_MAX) {
1067                         int phi = av_clip(ALPHA_MAX * nb->sbad / sbad, 0, ALPHA_MAX);
1068                         obmc_weight = obmc_weight * phi / ALPHA_MAX;
1069                     }
1070                 }
1071             }
1072
1073             ADD_PIXELS(obmc_weight, mv_x, mv_y);
1074         }
1075     }
1076 }
1077
1078 static void interpolate(AVFilterLink *inlink, AVFrame *avf_out)
1079 {
1080     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1081     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
1082     MIContext *mi_ctx = ctx->priv;
1083     int x, y;
1084     int plane, alpha;
1085     int64_t pts;
1086
1087     pts = av_rescale(avf_out->pts, (int64_t) ALPHA_MAX * outlink->time_base.num * inlink->time_base.den,
1088                                    (int64_t)             outlink->time_base.den * inlink->time_base.num);
1089
1090     alpha = (pts - mi_ctx->frames[1].avf->pts * ALPHA_MAX) / (mi_ctx->frames[2].avf->pts - mi_ctx->frames[1].avf->pts);
1091     alpha = av_clip(alpha, 0, ALPHA_MAX);
1092
1093     if (alpha == 0 || alpha == ALPHA_MAX) {
1094         av_frame_copy(avf_out, alpha ? mi_ctx->frames[2].avf : mi_ctx->frames[1].avf);
1095         return;
1096     }
1097
1098     if (mi_ctx->scene_changed) {
1099         /* duplicate frame */
1100         av_frame_copy(avf_out, alpha > ALPHA_MAX / 2 ? mi_ctx->frames[2].avf : mi_ctx->frames[1].avf);
1101         return;
1102     }
1103
1104     switch(mi_ctx->mi_mode) {
1105         case MI_MODE_DUP:
1106             av_frame_copy(avf_out, alpha > ALPHA_MAX / 2 ? mi_ctx->frames[2].avf : mi_ctx->frames[1].avf);
1107
1108             break;
1109         case MI_MODE_BLEND:
1110             for (plane = 0; plane < mi_ctx->nb_planes; plane++) {
1111                 int width = avf_out->width;
1112                 int height = avf_out->height;
1113
1114                 if (plane == 1 || plane == 2) {
1115                     width = AV_CEIL_RSHIFT(width, mi_ctx->log2_chroma_w);
1116                     height = AV_CEIL_RSHIFT(height, mi_ctx->log2_chroma_h);
1117                 }
1118
1119                 for (y = 0; y < height; y++) {
1120                     for (x = 0; x < width; x++) {
1121                         avf_out->data[plane][x + y * avf_out->linesize[plane]] =
1122                             (alpha  * mi_ctx->frames[2].avf->data[plane][x + y * mi_ctx->frames[2].avf->linesize[plane]] +
1123                              (ALPHA_MAX - alpha) * mi_ctx->frames[1].avf->data[plane][x + y * mi_ctx->frames[1].avf->linesize[plane]] + 512) >> 10;
1124                     }
1125                 }
1126             }
1127
1128             break;
1129         case MI_MODE_MCI:
1130             if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BIDIR) {
1131                 bidirectional_obmc(mi_ctx, alpha);
1132                 set_frame_data(mi_ctx, alpha, avf_out);
1133
1134             } else if (mi_ctx->me_mode == ME_MODE_BILAT) {
1135                 int mb_x, mb_y;
1136                 Block *block;
1137
1138                 for (y = 0; y < mi_ctx->frames[0].avf->height; y++)
1139                     for (x = 0; x < mi_ctx->frames[0].avf->width; x++)
1140                         mi_ctx->pixel_refs[x + y * mi_ctx->frames[0].avf->width].nb = 0;
1141
1142                 for (mb_y = 0; mb_y < mi_ctx->b_height; mb_y++)
1143                     for (mb_x = 0; mb_x < mi_ctx->b_width; mb_x++) {
1144                         block = &mi_ctx->int_blocks[mb_x + mb_y * mi_ctx->b_width];
1145
1146                         if (block->sb)
1147                             var_size_bmc(mi_ctx, block, mb_x << mi_ctx->log2_mb_size, mb_y << mi_ctx->log2_mb_size, mi_ctx->log2_mb_size, alpha);
1148
1149                         bilateral_obmc(mi_ctx, block, mb_x, mb_y, alpha);
1150
1151                     }
1152
1153                 set_frame_data(mi_ctx, alpha, avf_out);
1154             }
1155
1156             break;
1157     }
1158 }
1159
1160 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *avf_in)
1161 {
1162     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
1163     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
1164     MIContext *mi_ctx = ctx->priv;
1165     int ret;
1166
1167     if (avf_in->pts == AV_NOPTS_VALUE) {
1168         ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[0], avf_in);
1169         return ret;
1170     }
1171
1172     if (!mi_ctx->frames[NB_FRAMES - 1].avf || avf_in->pts < mi_ctx->frames[NB_FRAMES - 1].avf->pts) {
1173         av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "Initializing out pts from input pts %"PRId64"\n", avf_in->pts);
1174         mi_ctx->out_pts = av_rescale_q(avf_in->pts, inlink->time_base, outlink->time_base);
1175     }
1176
1177     if (!mi_ctx->frames[NB_FRAMES - 1].avf)
1178         if (ret = inject_frame(inlink, av_frame_clone(avf_in)))
1179             return ret;
1180
1181     if (ret = inject_frame(inlink, avf_in))
1182         return ret;
1183
1184     if (!mi_ctx->frames[0].avf)
1185         return 0;
1186
1187     mi_ctx->scene_changed = detect_scene_change(mi_ctx);
1188
1189     for (;;) {
1190         AVFrame *avf_out;
1191
1192         if (av_compare_ts(mi_ctx->out_pts, outlink->time_base, mi_ctx->frames[2].avf->pts, inlink->time_base) > 0)
1193             break;
1194
1195         if (!(avf_out = ff_get_video_buffer(ctx->outputs[0], inlink->w, inlink->h)))
1196             return AVERROR(ENOMEM);
1197
1198         av_frame_copy_props(avf_out, mi_ctx->frames[NB_FRAMES - 1].avf);
1199         avf_out->pts = mi_ctx->out_pts++;
1200
1201         interpolate(inlink, avf_out);
1202
1203         if ((ret = ff_filter_frame(ctx->outputs[0], avf_out)) < 0)
1204             return ret;
1205     }
1206
1207     return 0;
1208 }
1209
1210 static av_cold void free_blocks(Block *block, int sb)
1211 {
1212     if (block->subs)
1213         free_blocks(block->subs, 1);
1214     if (sb)
1215         av_freep(&block);
1216 }
1217
1218 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
1219 {
1220     MIContext *mi_ctx = ctx->priv;
1221     int i, m;
1222
1223     av_freep(&mi_ctx->pixel_mvs);
1224     av_freep(&mi_ctx->pixel_weights);
1225     av_freep(&mi_ctx->pixel_refs);
1226     if (mi_ctx->int_blocks)
1227         for (m = 0; m < mi_ctx->b_count; m++)
1228             free_blocks(&mi_ctx->int_blocks[m], 0);
1229     av_freep(&mi_ctx->int_blocks);
1230
1231     for (i = 0; i < NB_FRAMES; i++) {
1232         Frame *frame = &mi_ctx->frames[i];
1233         av_freep(&frame->blocks);
1234         av_frame_free(&frame->avf);
1235     }
1236
1237     for (i = 0; i < 3; i++)
1238         av_freep(&mi_ctx->mv_table[i]);
1239 }
1240
1241 static const AVFilterPad minterpolate_inputs[] = {
1242     {
1243         .name          = "default",
1244         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1245         .filter_frame  = filter_frame,
1246         .config_props  = config_input,
1247     },
1248     { NULL }
1249 };
1250
1251 static const AVFilterPad minterpolate_outputs[] = {
1252     {
1253         .name          = "default",
1254         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1255         .config_props  = config_output,
1256     },
1257     { NULL }
1258 };
1259
1260 AVFilter ff_vf_minterpolate = {
1261     .name          = "minterpolate",
1262     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Frame rate conversion using Motion Interpolation."),
1263     .priv_size     = sizeof(MIContext),
1264     .priv_class    = &minterpolate_class,
1265     .uninit        = uninit,
1266     .query_formats = query_formats,
1267     .inputs        = minterpolate_inputs,
1268     .outputs       = minterpolate_outputs,
1269 };