avfilter/vf_spp: use AVDCT
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_spp.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
3  * Copyright (c) 2013 Clément Bœsch <u pkh me>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or modify
8  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
9  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
10  * (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
15  * GNU General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU General Public License along
18  * with FFmpeg; if not, write to the Free Software Foundation, Inc.,
19  * 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA.
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * Simple post processing filter
25  *
26  * This implementation is based on an algorithm described in
27  * "Aria Nosratinia Embedded Post-Processing for
28  * Enhancement of Compressed Images (1999)"
29  *
30  * Originally written by Michael Niedermayer for the MPlayer project, and
31  * ported by Clément Bœsch for FFmpeg.
32  */
33
34 #include "libavutil/avassert.h"
35 #include "libavutil/imgutils.h"
36 #include "libavutil/opt.h"
37 #include "libavutil/pixdesc.h"
38 #include "internal.h"
39 #include "vf_spp.h"
40
41 enum mode {
42     MODE_HARD,
43     MODE_SOFT,
44     NB_MODES
45 };
46
47 #define OFFSET(x) offsetof(SPPContext, x)
48 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
49 static const AVOption spp_options[] = {
50     { "quality", "set quality", OFFSET(log2_count), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 3}, 0, MAX_LEVEL, FLAGS },
51     { "qp", "force a constant quantizer parameter", OFFSET(qp), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 63, FLAGS },
52     { "mode", "set thresholding mode", OFFSET(mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = MODE_HARD}, 0, NB_MODES - 1, FLAGS, "mode" },
53         { "hard", "hard thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_HARD}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
54         { "soft", "soft thresholding", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64 = MODE_SOFT}, INT_MIN, INT_MAX, FLAGS, "mode" },
55     { "use_bframe_qp", "use B-frames' QP", OFFSET(use_bframe_qp), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, FLAGS },
56     { NULL }
57 };
58
59 AVFILTER_DEFINE_CLASS(spp);
60
61 // XXX: share between filters?
62 DECLARE_ALIGNED(8, static const uint8_t, ldither)[8][8] = {
63     {  0,  48,  12,  60,   3,  51,  15,  63 },
64     { 32,  16,  44,  28,  35,  19,  47,  31 },
65     {  8,  56,   4,  52,  11,  59,   7,  55 },
66     { 40,  24,  36,  20,  43,  27,  39,  23 },
67     {  2,  50,  14,  62,   1,  49,  13,  61 },
68     { 34,  18,  46,  30,  33,  17,  45,  29 },
69     { 10,  58,   6,  54,   9,  57,   5,  53 },
70     { 42,  26,  38,  22,  41,  25,  37,  21 },
71 };
72
73 static const uint8_t offset[127][2] = {
74     {0,0},
75     {0,0}, {4,4},                                           // quality = 1
76     {0,0}, {2,2}, {6,4}, {4,6},                             // quality = 2
77     {0,0}, {5,1}, {2,2}, {7,3}, {4,4}, {1,5}, {6,6}, {3,7}, // quality = 3
78
79     {0,0}, {4,0}, {1,1}, {5,1}, {3,2}, {7,2}, {2,3}, {6,3}, // quality = 4
80     {0,4}, {4,4}, {1,5}, {5,5}, {3,6}, {7,6}, {2,7}, {6,7},
81
82     {0,0}, {0,2}, {0,4}, {0,6}, {1,1}, {1,3}, {1,5}, {1,7}, // quality = 5
83     {2,0}, {2,2}, {2,4}, {2,6}, {3,1}, {3,3}, {3,5}, {3,7},
84     {4,0}, {4,2}, {4,4}, {4,6}, {5,1}, {5,3}, {5,5}, {5,7},
85     {6,0}, {6,2}, {6,4}, {6,6}, {7,1}, {7,3}, {7,5}, {7,7},
86
87     {0,0}, {4,4}, {0,4}, {4,0}, {2,2}, {6,6}, {2,6}, {6,2}, // quality = 6
88     {0,2}, {4,6}, {0,6}, {4,2}, {2,0}, {6,4}, {2,4}, {6,0},
89     {1,1}, {5,5}, {1,5}, {5,1}, {3,3}, {7,7}, {3,7}, {7,3},
90     {1,3}, {5,7}, {1,7}, {5,3}, {3,1}, {7,5}, {3,5}, {7,1},
91     {0,1}, {4,5}, {0,5}, {4,1}, {2,3}, {6,7}, {2,7}, {6,3},
92     {0,3}, {4,7}, {0,7}, {4,3}, {2,1}, {6,5}, {2,5}, {6,1},
93     {1,0}, {5,4}, {1,4}, {5,0}, {3,2}, {7,6}, {3,6}, {7,2},
94     {1,2}, {5,6}, {1,6}, {5,2}, {3,0}, {7,4}, {3,4}, {7,0},
95 };
96
97 static void hardthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
98                          int qp, const uint8_t *permutation)
99 {
100     int i;
101     int bias = 0; // FIXME
102
103     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
104     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
105
106     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
107     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
108
109     for (i = 1; i < 64; i++) {
110         int level = src[i];
111         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
112             const int j = permutation[i];
113             dst[j] = (level + 4) >> 3;
114         }
115     }
116 }
117
118 static void softthresh_c(int16_t dst[64], const int16_t src[64],
119                          int qp, const uint8_t *permutation)
120 {
121     int i;
122     int bias = 0; //FIXME
123
124     unsigned threshold1 = qp * ((1<<4) - bias) - 1;
125     unsigned threshold2 = threshold1 << 1;
126
127     memset(dst, 0, 64 * sizeof(dst[0]));
128     dst[0] = (src[0] + 4) >> 3;
129
130     for (i = 1; i < 64; i++) {
131         int level = src[i];
132         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
133             const int j = permutation[i];
134             if (level > 0) dst[j] = (level - threshold1 + 4) >> 3;
135             else           dst[j] = (level + threshold1 + 4) >> 3;
136         }
137     }
138 }
139
140 static void store_slice_c(uint8_t *dst, const int16_t *src,
141                           int dst_linesize, int src_linesize,
142                           int width, int height, int log2_scale,
143                           const uint8_t dither[8][8])
144 {
145     int y, x;
146
147 #define STORE(pos) do {                                                     \
148     temp = ((src[x + y*src_linesize + pos] << log2_scale) + d[pos]) >> 6;   \
149     if (temp & 0x100)                                                       \
150         temp = ~(temp >> 31);                                               \
151     dst[x + y*dst_linesize + pos] = temp;                                   \
152 } while (0)
153
154     for (y = 0; y < height; y++) {
155         const uint8_t *d = dither[y];
156         for (x = 0; x < width; x += 8) {
157             int temp;
158             STORE(0);
159             STORE(1);
160             STORE(2);
161             STORE(3);
162             STORE(4);
163             STORE(5);
164             STORE(6);
165             STORE(7);
166         }
167     }
168 }
169
170 static inline void add_block(int16_t *dst, int linesize, const int16_t block[64])
171 {
172     int y;
173
174     for (y = 0; y < 8; y++) {
175         *(uint32_t *)&dst[0 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[0 + y*8];
176         *(uint32_t *)&dst[2 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[2 + y*8];
177         *(uint32_t *)&dst[4 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[4 + y*8];
178         *(uint32_t *)&dst[6 + y*linesize] += *(uint32_t *)&block[6 + y*8];
179     }
180 }
181
182 // XXX: export the function?
183 static inline int norm_qscale(int qscale, int type)
184 {
185     switch (type) {
186     case FF_QSCALE_TYPE_MPEG1: return qscale;
187     case FF_QSCALE_TYPE_MPEG2: return qscale >> 1;
188     case FF_QSCALE_TYPE_H264:  return qscale >> 2;
189     case FF_QSCALE_TYPE_VP56:  return (63 - qscale + 2) >> 2;
190     }
191     return qscale;
192 }
193
194 static void filter(SPPContext *p, uint8_t *dst, uint8_t *src,
195                    int dst_linesize, int src_linesize, int width, int height,
196                    const uint8_t *qp_table, int qp_stride, int is_luma)
197 {
198     int x, y, i;
199     const int count = 1 << p->log2_count;
200     const int linesize = is_luma ? p->temp_linesize : FFALIGN(width+16, 16);
201     DECLARE_ALIGNED(16, uint64_t, block_align)[32];
202     int16_t *block  = (int16_t *)block_align;
203     int16_t *block2 = (int16_t *)(block_align + 16);
204
205     for (y = 0; y < height; y++) {
206         int index = 8 + 8*linesize + y*linesize;
207         memcpy(p->src + index, src + y*src_linesize, width);
208         for (x = 0; x < 8; x++) {
209             p->src[index         - x - 1] = p->src[index +         x    ];
210             p->src[index + width + x    ] = p->src[index + width - x - 1];
211         }
212     }
213     for (y = 0; y < 8; y++) {
214         memcpy(p->src + (       7-y)*linesize, p->src + (       y+8)*linesize, linesize);
215         memcpy(p->src + (height+8+y)*linesize, p->src + (height-y+7)*linesize, linesize);
216     }
217
218     for (y = 0; y < height + 8; y += 8) {
219         memset(p->temp + (8 + y) * linesize, 0, 8 * linesize * sizeof(*p->temp));
220         for (x = 0; x < width + 8; x += 8) {
221             int qp;
222
223             if (p->qp) {
224                 qp = p->qp;
225             } else{
226                 const int qps = 3 + is_luma;
227                 qp = qp_table[(FFMIN(x, width - 1) >> qps) + (FFMIN(y, height - 1) >> qps) * qp_stride];
228                 qp = FFMAX(1, norm_qscale(qp, p->qscale_type));
229             }
230             for (i = 0; i < count; i++) {
231                 const int x1 = x + offset[i + count - 1][0];
232                 const int y1 = y + offset[i + count - 1][1];
233                 const int index = x1 + y1*linesize;
234                 p->pdsp.get_pixels(block, p->src + index, linesize);
235                 p->dct->fdct(block);
236                 p->requantize(block2, block, qp, p->dct->idct_permutation);
237                 p->dct->idct(block2);
238                 add_block(p->temp + index, linesize, block2);
239             }
240         }
241         if (y)
242             p->store_slice(dst + (y - 8) * dst_linesize, p->temp + 8 + y*linesize,
243                            dst_linesize, linesize, width,
244                            FFMIN(8, height + 8 - y), MAX_LEVEL - p->log2_count,
245                            ldither);
246     }
247 }
248
249 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
250 {
251     static const enum PixelFormat pix_fmts[] = {
252         AV_PIX_FMT_YUV444P,  AV_PIX_FMT_YUV422P,
253         AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_YUV411P,
254         AV_PIX_FMT_YUV410P,  AV_PIX_FMT_YUV440P,
255         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P,
256         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
257         AV_PIX_FMT_NONE
258     };
259     ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
260     return 0;
261 }
262
263 static int config_input(AVFilterLink *inlink)
264 {
265     SPPContext *spp = inlink->dst->priv;
266     const int h = FFALIGN(inlink->h + 16, 16);
267     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
268
269     spp->hsub = desc->log2_chroma_w;
270     spp->vsub = desc->log2_chroma_h;
271     spp->temp_linesize = FFALIGN(inlink->w + 16, 16);
272     spp->temp = av_malloc_array(spp->temp_linesize, h * sizeof(*spp->temp));
273     spp->src  = av_malloc_array(spp->temp_linesize, h * sizeof(*spp->src));
274     if (!spp->use_bframe_qp) {
275         /* we are assuming here the qp blocks will not be smaller that 16x16 */
276         spp->non_b_qp_alloc_size = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, 4) * FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, 4);
277         spp->non_b_qp_table = av_calloc(spp->non_b_qp_alloc_size, sizeof(*spp->non_b_qp_table));
278         if (!spp->non_b_qp_table)
279             return AVERROR(ENOMEM);
280     }
281     if (!spp->temp || !spp->src)
282         return AVERROR(ENOMEM);
283     return 0;
284 }
285
286 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *in)
287 {
288     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
289     SPPContext *spp = ctx->priv;
290     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
291     AVFrame *out = in;
292     int qp_stride = 0;
293     const int8_t *qp_table = NULL;
294
295     /* if we are not in a constant user quantizer mode and we don't want to use
296      * the quantizers from the B-frames (B-frames often have a higher QP), we
297      * need to save the qp table from the last non B-frame; this is what the
298      * following code block does */
299     if (!spp->qp) {
300         qp_table = av_frame_get_qp_table(in, &qp_stride, &spp->qscale_type);
301
302         if (qp_table && !spp->use_bframe_qp && in->pict_type != AV_PICTURE_TYPE_B) {
303             int w, h;
304
305             /* if the qp stride is not set, it means the QP are only defined on
306              * a line basis */
307             if (!qp_stride) {
308                 w = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, 4);
309                 h = 1;
310             } else {
311                 w = FF_CEIL_RSHIFT(qp_stride, 4);
312                 h = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, 4);
313             }
314             av_assert0(w * h <= spp->non_b_qp_alloc_size);
315             memcpy(spp->non_b_qp_table, qp_table, w * h);
316         }
317     }
318
319     if (spp->log2_count && !ctx->is_disabled) {
320         if (!spp->use_bframe_qp && spp->non_b_qp_table)
321             qp_table = spp->non_b_qp_table;
322
323         if (qp_table || spp->qp) {
324             const int cw = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->w, spp->hsub);
325             const int ch = FF_CEIL_RSHIFT(inlink->h, spp->vsub);
326
327             /* get a new frame if in-place is not possible or if the dimensions
328              * are not multiple of 8 */
329             if (!av_frame_is_writable(in) || (inlink->w & 7) || (inlink->h & 7)) {
330                 const int aligned_w = FFALIGN(inlink->w, 8);
331                 const int aligned_h = FFALIGN(inlink->h, 8);
332
333                 out = ff_get_video_buffer(outlink, aligned_w, aligned_h);
334                 if (!out) {
335                     av_frame_free(&in);
336                     return AVERROR(ENOMEM);
337                 }
338                 av_frame_copy_props(out, in);
339                 out->width  = in->width;
340                 out->height = in->height;
341             }
342
343             filter(spp, out->data[0], in->data[0], out->linesize[0], in->linesize[0], inlink->w, inlink->h, qp_table, qp_stride, 1);
344             filter(spp, out->data[1], in->data[1], out->linesize[1], in->linesize[1], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0);
345             filter(spp, out->data[2], in->data[2], out->linesize[2], in->linesize[2], cw,        ch,        qp_table, qp_stride, 0);
346             emms_c();
347         }
348     }
349
350     if (in != out) {
351         if (in->data[3])
352             av_image_copy_plane(out->data[3], out->linesize[3],
353                                 in ->data[3], in ->linesize[3],
354                                 inlink->w, inlink->h);
355         av_frame_free(&in);
356     }
357     return ff_filter_frame(outlink, out);
358 }
359
360 static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
361                            char *res, int res_len, int flags)
362 {
363     SPPContext *spp = ctx->priv;
364
365     if (!strcmp(cmd, "level")) {
366         if (!strcmp(args, "max"))
367             spp->log2_count = MAX_LEVEL;
368         else
369             spp->log2_count = av_clip(strtol(args, NULL, 10), 0, MAX_LEVEL);
370         return 0;
371     }
372     return AVERROR(ENOSYS);
373 }
374
375 static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
376 {
377     SPPContext *spp = ctx->priv;
378
379     spp->avctx = avcodec_alloc_context3(NULL);
380     spp->dct = avcodec_dct_alloc();
381     if (!spp->avctx || !spp->dct)
382         return AVERROR(ENOMEM);
383     ff_pixblockdsp_init(&spp->pdsp, spp->avctx);
384     avcodec_dct_init(spp->dct);
385     spp->store_slice = store_slice_c;
386     switch (spp->mode) {
387     case MODE_HARD: spp->requantize = hardthresh_c; break;
388     case MODE_SOFT: spp->requantize = softthresh_c; break;
389     }
390     if (ARCH_X86)
391         ff_spp_init_x86(spp);
392     return 0;
393 }
394
395 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
396 {
397     SPPContext *spp = ctx->priv;
398
399     av_freep(&spp->temp);
400     av_freep(&spp->src);
401     if (spp->avctx) {
402         avcodec_close(spp->avctx);
403         av_freep(&spp->avctx);
404     }
405     av_freep(&spp->dct);
406     av_freep(&spp->non_b_qp_table);
407 }
408
409 static const AVFilterPad spp_inputs[] = {
410     {
411         .name         = "default",
412         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
413         .config_props = config_input,
414         .filter_frame = filter_frame,
415     },
416     { NULL }
417 };
418
419 static const AVFilterPad spp_outputs[] = {
420     {
421         .name = "default",
422         .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
423     },
424     { NULL }
425 };
426
427 AVFilter ff_vf_spp = {
428     .name            = "spp",
429     .description     = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply a simple post processing filter."),
430     .priv_size       = sizeof(SPPContext),
431     .init            = init,
432     .uninit          = uninit,
433     .query_formats   = query_formats,
434     .inputs          = spp_inputs,
435     .outputs         = spp_outputs,
436     .process_command = process_command,
437     .priv_class      = &spp_class,
438     .flags           = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
439 };