avfilter/vf_drawtext: Avoid using non public AV_PIX_FMT_NB
[ffmpeg.git] / libavfilter / vf_overlay.c
index b3591eb..beb4e8f 100644 (file)
@@ -3,20 +3,20 @@
  * Copyright (c) 2010 Baptiste Coudurier
  * Copyright (c) 2007 Bobby Bingham
  *
- * This file is part of Libav.
+ * This file is part of FFmpeg.
  *
- * Libav is free software; you can redistribute it and/or
+ * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  * License as published by the Free Software Foundation; either
  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  *
- * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
+ * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  * Lesser General Public License for more details.
  *
  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
- * License along with Libav; if not, write to the Free Software
+ * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  */
 
 #include "libavutil/common.h"
 #include "libavutil/eval.h"
 #include "libavutil/avstring.h"
-#include "libavutil/avassert.h"
 #include "libavutil/pixdesc.h"
 #include "libavutil/imgutils.h"
 #include "libavutil/mathematics.h"
 #include "libavutil/opt.h"
 #include "internal.h"
+#include "dualinput.h"
+#include "drawutils.h"
 #include "video.h"
 
 static const char *const var_names[] = {
-    "E",
-    "PHI",
-    "PI",
     "main_w",    "W", ///< width  of the main    video
     "main_h",    "H", ///< height of the main    video
     "overlay_w", "w", ///< width  of the overlay video
     "overlay_h", "h", ///< height of the overlay video
+    "hsub",
+    "vsub",
+    "x",
+    "y",
+    "n",            ///< number of frame
+    "pos",          ///< position in the file
+    "t",            ///< timestamp expressed in seconds
     NULL
 };
 
 enum var_name {
-    VAR_E,
-    VAR_PHI,
-    VAR_PI,
     VAR_MAIN_W,    VAR_MW,
     VAR_MAIN_H,    VAR_MH,
     VAR_OVERLAY_W, VAR_OW,
     VAR_OVERLAY_H, VAR_OH,
+    VAR_HSUB,
+    VAR_VSUB,
+    VAR_X,
+    VAR_Y,
+    VAR_N,
+    VAR_POS,
+    VAR_T,
     VAR_VARS_NB
 };
 
@@ -73,53 +82,204 @@ static const char *eof_action_str[] = {
 #define MAIN    0
 #define OVERLAY 1
 
-typedef struct {
+#define R 0
+#define G 1
+#define B 2
+#define A 3
+
+#define Y 0
+#define U 1
+#define V 2
+
+typedef struct OverlayContext {
     const AVClass *class;
     int x, y;                   ///< position of overlayed picture
 
-    int max_plane_step[4];      ///< steps per pixel for each plane
+    int allow_packed_rgb;
+    uint8_t main_is_packed_rgb;
+    uint8_t main_rgba_map[4];
+    uint8_t main_has_alpha;
+    uint8_t overlay_is_packed_rgb;
+    uint8_t overlay_rgba_map[4];
+    uint8_t overlay_has_alpha;
+    enum OverlayFormat { OVERLAY_FORMAT_YUV420, OVERLAY_FORMAT_YUV422, OVERLAY_FORMAT_YUV444, OVERLAY_FORMAT_RGB, OVERLAY_FORMAT_NB} format;
+    enum EvalMode { EVAL_MODE_INIT, EVAL_MODE_FRAME, EVAL_MODE_NB } eval_mode;
+
+    FFDualInputContext dinput;
+
+    int main_pix_step[4];       ///< steps per pixel for each plane of the main output
+    int overlay_pix_step[4];    ///< steps per pixel for each plane of the overlay
     int hsub, vsub;             ///< chroma subsampling values
 
+    double var_values[VAR_VARS_NB];
     char *x_expr, *y_expr;
 
     enum EOFAction eof_action;  ///< action to take on EOF from source
 
-    AVFrame *main;
-    AVFrame *over_prev, *over_next;
+    AVExpr *x_pexpr, *y_pexpr;
 } OverlayContext;
 
 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 {
     OverlayContext *s = ctx->priv;
 
-    av_frame_free(&s->main);
-    av_frame_free(&s->over_prev);
-    av_frame_free(&s->over_next);
+    ff_dualinput_uninit(&s->dinput);
+    av_expr_free(s->x_pexpr); s->x_pexpr = NULL;
+    av_expr_free(s->y_pexpr); s->y_pexpr = NULL;
+}
+
+static inline int normalize_xy(double d, int chroma_sub)
+{
+    if (isnan(d))
+        return INT_MAX;
+    return (int)d & ~((1 << chroma_sub) - 1);
+}
+
+static void eval_expr(AVFilterContext *ctx)
+{
+    OverlayContext *s = ctx->priv;
+
+    s->var_values[VAR_X] = av_expr_eval(s->x_pexpr, s->var_values, NULL);
+    s->var_values[VAR_Y] = av_expr_eval(s->y_pexpr, s->var_values, NULL);
+    s->var_values[VAR_X] = av_expr_eval(s->x_pexpr, s->var_values, NULL);
+    s->x = normalize_xy(s->var_values[VAR_X], s->hsub);
+    s->y = normalize_xy(s->var_values[VAR_Y], s->vsub);
+}
+
+static int set_expr(AVExpr **pexpr, const char *expr, const char *option, void *log_ctx)
+{
+    int ret;
+    AVExpr *old = NULL;
+
+    if (*pexpr)
+        old = *pexpr;
+    ret = av_expr_parse(pexpr, expr, var_names,
+                        NULL, NULL, NULL, NULL, 0, log_ctx);
+    if (ret < 0) {
+        av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR,
+               "Error when evaluating the expression '%s' for %s\n",
+               expr, option);
+        *pexpr = old;
+        return ret;
+    }
+
+    av_expr_free(old);
+    return 0;
+}
+
+static int process_command(AVFilterContext *ctx, const char *cmd, const char *args,
+                           char *res, int res_len, int flags)
+{
+    OverlayContext *s = ctx->priv;
+    int ret;
+
+    if      (!strcmp(cmd, "x"))
+        ret = set_expr(&s->x_pexpr, args, cmd, ctx);
+    else if (!strcmp(cmd, "y"))
+        ret = set_expr(&s->y_pexpr, args, cmd, ctx);
+    else
+        ret = AVERROR(ENOSYS);
+
+    if (ret < 0)
+        return ret;
+
+    if (s->eval_mode == EVAL_MODE_INIT) {
+        eval_expr(ctx);
+        av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "x:%f xi:%d y:%f yi:%d\n",
+               s->var_values[VAR_X], s->x,
+               s->var_values[VAR_Y], s->y);
+    }
+    return ret;
 }
 
 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
 {
-    const enum AVPixelFormat inout_pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUV420P,  AV_PIX_FMT_NONE };
-    const enum AVPixelFormat blend_pix_fmts[] = { AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_NONE };
-    AVFilterFormats *inout_formats = ff_make_format_list(inout_pix_fmts);
-    AVFilterFormats *blend_formats = ff_make_format_list(blend_pix_fmts);
+    OverlayContext *s = ctx->priv;
 
-    ff_formats_ref(inout_formats, &ctx->inputs [MAIN   ]->out_formats);
-    ff_formats_ref(blend_formats, &ctx->inputs [OVERLAY]->out_formats);
-    ff_formats_ref(inout_formats, &ctx->outputs[MAIN   ]->in_formats );
+    /* overlay formats contains alpha, for avoiding conversion with alpha information loss */
+    static const enum AVPixelFormat main_pix_fmts_yuv420[] = {
+        AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+    static const enum AVPixelFormat overlay_pix_fmts_yuv420[] = {
+        AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+
+    static const enum AVPixelFormat main_pix_fmts_yuv422[] = {
+        AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+    static const enum AVPixelFormat overlay_pix_fmts_yuv422[] = {
+        AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+
+    static const enum AVPixelFormat main_pix_fmts_yuv444[] = {
+        AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+    static const enum AVPixelFormat overlay_pix_fmts_yuv444[] = {
+        AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+
+    static const enum AVPixelFormat main_pix_fmts_rgb[] = {
+        AV_PIX_FMT_ARGB,  AV_PIX_FMT_RGBA,
+        AV_PIX_FMT_ABGR,  AV_PIX_FMT_BGRA,
+        AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_BGR24,
+        AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+    static const enum AVPixelFormat overlay_pix_fmts_rgb[] = {
+        AV_PIX_FMT_ARGB,  AV_PIX_FMT_RGBA,
+        AV_PIX_FMT_ABGR,  AV_PIX_FMT_BGRA,
+        AV_PIX_FMT_NONE
+    };
+
+    AVFilterFormats *main_formats;
+    AVFilterFormats *overlay_formats;
+
+    switch (s->format) {
+    case OVERLAY_FORMAT_YUV420:
+        main_formats    = ff_make_format_list(main_pix_fmts_yuv420);
+        overlay_formats = ff_make_format_list(overlay_pix_fmts_yuv420);
+        break;
+    case OVERLAY_FORMAT_YUV422:
+        main_formats    = ff_make_format_list(main_pix_fmts_yuv422);
+        overlay_formats = ff_make_format_list(overlay_pix_fmts_yuv422);
+        break;
+    case OVERLAY_FORMAT_YUV444:
+        main_formats    = ff_make_format_list(main_pix_fmts_yuv444);
+        overlay_formats = ff_make_format_list(overlay_pix_fmts_yuv444);
+        break;
+    case OVERLAY_FORMAT_RGB:
+        main_formats    = ff_make_format_list(main_pix_fmts_rgb);
+        overlay_formats = ff_make_format_list(overlay_pix_fmts_rgb);
+        break;
+    default:
+        av_assert0(0);
+    }
+
+    ff_formats_ref(main_formats,    &ctx->inputs [MAIN   ]->out_formats);
+    ff_formats_ref(overlay_formats, &ctx->inputs [OVERLAY]->out_formats);
+    ff_formats_ref(main_formats,    &ctx->outputs[MAIN   ]->in_formats );
 
     return 0;
 }
 
+static const enum AVPixelFormat alpha_pix_fmts[] = {
+    AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUVA444P,
+    AV_PIX_FMT_ARGB, AV_PIX_FMT_ABGR, AV_PIX_FMT_RGBA,
+    AV_PIX_FMT_BGRA, AV_PIX_FMT_NONE
+};
+
 static int config_input_main(AVFilterLink *inlink)
 {
     OverlayContext *s = inlink->dst->priv;
     const AVPixFmtDescriptor *pix_desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 
-    av_image_fill_max_pixsteps(s->max_plane_step, NULL, pix_desc);
+    av_image_fill_max_pixsteps(s->main_pix_step,    NULL, pix_desc);
+
     s->hsub = pix_desc->log2_chroma_w;
     s->vsub = pix_desc->log2_chroma_h;
 
+    s->main_is_packed_rgb =
+        ff_fill_rgba_map(s->main_rgba_map, inlink->format) >= 0;
+    s->main_has_alpha = ff_fmt_is_in(inlink->format, alpha_pix_fmts);
     return 0;
 }
 
@@ -127,66 +287,58 @@ static int config_input_overlay(AVFilterLink *inlink)
 {
     AVFilterContext *ctx  = inlink->dst;
     OverlayContext  *s = inlink->dst->priv;
-    char *expr;
-    double var_values[VAR_VARS_NB], res;
     int ret;
+    const AVPixFmtDescriptor *pix_desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
+
+    av_image_fill_max_pixsteps(s->overlay_pix_step, NULL, pix_desc);
 
     /* Finish the configuration by evaluating the expressions
        now when both inputs are configured. */
-    var_values[VAR_E  ] = M_E;
-    var_values[VAR_PHI] = M_PHI;
-    var_values[VAR_PI ] = M_PI;
-
-    var_values[VAR_MAIN_W   ] = var_values[VAR_MW] = ctx->inputs[MAIN   ]->w;
-    var_values[VAR_MAIN_H   ] = var_values[VAR_MH] = ctx->inputs[MAIN   ]->h;
-    var_values[VAR_OVERLAY_W] = var_values[VAR_OW] = ctx->inputs[OVERLAY]->w;
-    var_values[VAR_OVERLAY_H] = var_values[VAR_OH] = ctx->inputs[OVERLAY]->h;
-
-    if ((ret = av_expr_parse_and_eval(&res, (expr = s->x_expr), var_names, var_values,
-                                      NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx)) < 0)
-        goto fail;
-    s->x = res;
-    if ((ret = av_expr_parse_and_eval(&res, (expr = s->y_expr), var_names, var_values,
-                                      NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx)))
-        goto fail;
-    s->y = res;
-    /* x may depend on y */
-    if ((ret = av_expr_parse_and_eval(&res, (expr = s->x_expr), var_names, var_values,
-                                      NULL, NULL, NULL, NULL, NULL, 0, ctx)) < 0)
-        goto fail;
-    s->x = res;
+    s->var_values[VAR_MAIN_W   ] = s->var_values[VAR_MW] = ctx->inputs[MAIN   ]->w;
+    s->var_values[VAR_MAIN_H   ] = s->var_values[VAR_MH] = ctx->inputs[MAIN   ]->h;
+    s->var_values[VAR_OVERLAY_W] = s->var_values[VAR_OW] = ctx->inputs[OVERLAY]->w;
+    s->var_values[VAR_OVERLAY_H] = s->var_values[VAR_OH] = ctx->inputs[OVERLAY]->h;
+    s->var_values[VAR_HSUB]  = 1<<pix_desc->log2_chroma_w;
+    s->var_values[VAR_VSUB]  = 1<<pix_desc->log2_chroma_h;
+    s->var_values[VAR_X]     = NAN;
+    s->var_values[VAR_Y]     = NAN;
+    s->var_values[VAR_N]     = 0;
+    s->var_values[VAR_T]     = NAN;
+    s->var_values[VAR_POS]   = NAN;
+
+    if ((ret = set_expr(&s->x_pexpr,      s->x_expr,      "x",      ctx)) < 0 ||
+        (ret = set_expr(&s->y_pexpr,      s->y_expr,      "y",      ctx)) < 0)
+        return ret;
+
+    s->overlay_is_packed_rgb =
+        ff_fill_rgba_map(s->overlay_rgba_map, inlink->format) >= 0;
+    s->overlay_has_alpha = ff_fmt_is_in(inlink->format, alpha_pix_fmts);
+
+    if (s->eval_mode == EVAL_MODE_INIT) {
+        eval_expr(ctx);
+        av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE, "x:%f xi:%d y:%f yi:%d\n",
+               s->var_values[VAR_X], s->x,
+               s->var_values[VAR_Y], s->y);
+    }
 
     av_log(ctx, AV_LOG_VERBOSE,
-           "main w:%d h:%d fmt:%s overlay x:%d y:%d w:%d h:%d fmt:%s eof_action:%s\n",
+           "main w:%d h:%d fmt:%s overlay w:%d h:%d fmt:%s eof_action:%s\n",
            ctx->inputs[MAIN]->w, ctx->inputs[MAIN]->h,
            av_get_pix_fmt_name(ctx->inputs[MAIN]->format),
-           s->x, s->y,
            ctx->inputs[OVERLAY]->w, ctx->inputs[OVERLAY]->h,
            av_get_pix_fmt_name(ctx->inputs[OVERLAY]->format),
            eof_action_str[s->eof_action]);
-
-    if (s->x < 0 || s->y < 0 ||
-        s->x + var_values[VAR_OVERLAY_W] > var_values[VAR_MAIN_W] ||
-        s->y + var_values[VAR_OVERLAY_H] > var_values[VAR_MAIN_H]) {
-        av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
-               "Overlay area (%d,%d)<->(%d,%d) not within the main area (0,0)<->(%d,%d) or zero-sized\n",
-               s->x, s->y,
-               (int)(s->x + var_values[VAR_OVERLAY_W]),
-               (int)(s->y + var_values[VAR_OVERLAY_H]),
-               (int)var_values[VAR_MAIN_W], (int)var_values[VAR_MAIN_H]);
-        return AVERROR(EINVAL);
-    }
     return 0;
-
-fail:
-    av_log(NULL, AV_LOG_ERROR,
-           "Error when evaluating the expression '%s'\n", expr);
-    return ret;
 }
 
 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 {
     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
+    OverlayContext *s = ctx->priv;
+    int ret;
+
+    if ((ret = ff_dualinput_init(ctx, &s->dinput)) < 0)
+        return ret;
 
     outlink->w = ctx->inputs[MAIN]->w;
     outlink->h = ctx->inputs[MAIN]->h;
@@ -195,71 +347,196 @@ static int config_output(AVFilterLink *outlink)
     return 0;
 }
 
-static void blend_frame(AVFilterContext *ctx,
-                        AVFrame *dst, AVFrame *src,
+// divide by 255 and round to nearest
+// apply a fast variant: (X+127)/255 = ((X+127)*257+257)>>16 = ((X+128)*257)>>16
+#define FAST_DIV255(x) ((((x) + 128) * 257) >> 16)
+
+// calculate the unpremultiplied alpha, applying the general equation:
+// alpha = alpha_overlay / ( (alpha_main + alpha_overlay) - (alpha_main * alpha_overlay) )
+// (((x) << 16) - ((x) << 9) + (x)) is a faster version of: 255 * 255 * x
+// ((((x) + (y)) << 8) - ((x) + (y)) - (y) * (x)) is a faster version of: 255 * (x + y)
+#define UNPREMULTIPLY_ALPHA(x, y) ((((x) << 16) - ((x) << 9) + (x)) / ((((x) + (y)) << 8) - ((x) + (y)) - (y) * (x)))
+
+/**
+ * Blend image in src to destination buffer dst at position (x, y).
+ */
+static void blend_image(AVFilterContext *ctx,
+                        AVFrame *dst, const AVFrame *src,
                         int x, int y)
 {
     OverlayContext *s = ctx->priv;
-    int i, j, k;
-    int width, height;
-    int overlay_end_y = y + src->height;
-    int end_y, start_y;
-
-    width = FFMIN(dst->width - x, src->width);
-    end_y = FFMIN(dst->height, overlay_end_y);
-    start_y = FFMAX(y, 0);
-    height = end_y - start_y;
-
-    if (dst->format == AV_PIX_FMT_BGR24 || dst->format == AV_PIX_FMT_RGB24) {
-        uint8_t *dp = dst->data[0] + x * 3 + start_y * dst->linesize[0];
-        uint8_t *sp = src->data[0];
-        int b = dst->format == AV_PIX_FMT_BGR24 ? 2 : 0;
-        int r = dst->format == AV_PIX_FMT_BGR24 ? 0 : 2;
-        if (y < 0)
-            sp += -y * src->linesize[0];
-        for (i = 0; i < height; i++) {
-            uint8_t *d = dp, *s = sp;
-            for (j = 0; j < width; j++) {
-                d[r] = (d[r] * (0xff - s[3]) + s[0] * s[3] + 128) >> 8;
-                d[1] = (d[1] * (0xff - s[3]) + s[1] * s[3] + 128) >> 8;
-                d[b] = (d[b] * (0xff - s[3]) + s[2] * s[3] + 128) >> 8;
-                d += 3;
-                s += 4;
+    int i, imax, j, jmax, k, kmax;
+    const int src_w = src->width;
+    const int src_h = src->height;
+    const int dst_w = dst->width;
+    const int dst_h = dst->height;
+
+    if (x >= dst_w || x+src_w < 0 ||
+        y >= dst_h || y+src_h < 0)
+        return; /* no intersection */
+
+    if (s->main_is_packed_rgb) {
+        uint8_t alpha;          ///< the amount of overlay to blend on to main
+        const int dr = s->main_rgba_map[R];
+        const int dg = s->main_rgba_map[G];
+        const int db = s->main_rgba_map[B];
+        const int da = s->main_rgba_map[A];
+        const int dstep = s->main_pix_step[0];
+        const int sr = s->overlay_rgba_map[R];
+        const int sg = s->overlay_rgba_map[G];
+        const int sb = s->overlay_rgba_map[B];
+        const int sa = s->overlay_rgba_map[A];
+        const int sstep = s->overlay_pix_step[0];
+        const int main_has_alpha = s->main_has_alpha;
+        uint8_t *s, *sp, *d, *dp;
+
+        i = FFMAX(-y, 0);
+        sp = src->data[0] + i     * src->linesize[0];
+        dp = dst->data[0] + (y+i) * dst->linesize[0];
+
+        for (imax = FFMIN(-y + dst_h, src_h); i < imax; i++) {
+            j = FFMAX(-x, 0);
+            s = sp + j     * sstep;
+            d = dp + (x+j) * dstep;
+
+            for (jmax = FFMIN(-x + dst_w, src_w); j < jmax; j++) {
+                alpha = s[sa];
+
+                // if the main channel has an alpha channel, alpha has to be calculated
+                // to create an un-premultiplied (straight) alpha value
+                if (main_has_alpha && alpha != 0 && alpha != 255) {
+                    uint8_t alpha_d = d[da];
+                    alpha = UNPREMULTIPLY_ALPHA(alpha, alpha_d);
+                }
+
+                switch (alpha) {
+                case 0:
+                    break;
+                case 255:
+                    d[dr] = s[sr];
+                    d[dg] = s[sg];
+                    d[db] = s[sb];
+                    break;
+                default:
+                    // main_value = main_value * (1 - alpha) + overlay_value * alpha
+                    // since alpha is in the range 0-255, the result must divided by 255
+                    d[dr] = FAST_DIV255(d[dr] * (255 - alpha) + s[sr] * alpha);
+                    d[dg] = FAST_DIV255(d[dg] * (255 - alpha) + s[sg] * alpha);
+                    d[db] = FAST_DIV255(d[db] * (255 - alpha) + s[sb] * alpha);
+                }
+                if (main_has_alpha) {
+                    switch (alpha) {
+                    case 0:
+                        break;
+                    case 255:
+                        d[da] = s[sa];
+                        break;
+                    default:
+                        // apply alpha compositing: main_alpha += (1-main_alpha) * overlay_alpha
+                        d[da] += FAST_DIV255((255 - d[da]) * s[sa]);
+                    }
+                }
+                d += dstep;
+                s += sstep;
             }
             dp += dst->linesize[0];
             sp += src->linesize[0];
         }
     } else {
+        const int main_has_alpha = s->main_has_alpha;
+        if (main_has_alpha) {
+            uint8_t alpha;          ///< the amount of overlay to blend on to main
+            uint8_t *s, *sa, *d, *da;
+
+            i = FFMAX(-y, 0);
+            sa = src->data[3] + i     * src->linesize[3];
+            da = dst->data[3] + (y+i) * dst->linesize[3];
+
+            for (imax = FFMIN(-y + dst_h, src_h); i < imax; i++) {
+                j = FFMAX(-x, 0);
+                s = sa + j;
+                d = da + x+j;
+
+                for (jmax = FFMIN(-x + dst_w, src_w); j < jmax; j++) {
+                    alpha = *s;
+                    if (alpha != 0 && alpha != 255) {
+                        uint8_t alpha_d = *d;
+                        alpha = UNPREMULTIPLY_ALPHA(alpha, alpha_d);
+                    }
+                    switch (alpha) {
+                    case 0:
+                        break;
+                    case 255:
+                        *d = *s;
+                        break;
+                    default:
+                        // apply alpha compositing: main_alpha += (1-main_alpha) * overlay_alpha
+                        *d += FAST_DIV255((255 - *d) * *s);
+                    }
+                    d += 1;
+                    s += 1;
+                }
+                da += dst->linesize[3];
+                sa += src->linesize[3];
+            }
+        }
         for (i = 0; i < 3; i++) {
             int hsub = i ? s->hsub : 0;
             int vsub = i ? s->vsub : 0;
-            uint8_t *dp = dst->data[i] + (x >> hsub) +
-                (start_y >> vsub) * dst->linesize[i];
-            uint8_t *sp = src->data[i];
-            uint8_t *ap = src->data[3];
-            int wp = FFALIGN(width, 1<<hsub) >> hsub;
-            int hp = FFALIGN(height, 1<<vsub) >> vsub;
-            if (y < 0) {
-                sp += ((-y) >> vsub) * src->linesize[i];
-                ap += -y * src->linesize[3];
-            }
-            for (j = 0; j < hp; j++) {
-                uint8_t *d = dp, *s = sp, *a = ap;
-                for (k = 0; k < wp; k++) {
-                    // average alpha for color components, improve quality
+            int src_wp = FF_CEIL_RSHIFT(src_w, hsub);
+            int src_hp = FF_CEIL_RSHIFT(src_h, vsub);
+            int dst_wp = FF_CEIL_RSHIFT(dst_w, hsub);
+            int dst_hp = FF_CEIL_RSHIFT(dst_h, vsub);
+            int yp = y>>vsub;
+            int xp = x>>hsub;
+            uint8_t *s, *sp, *d, *dp, *a, *ap;
+
+            j = FFMAX(-yp, 0);
+            sp = src->data[i] + j         * src->linesize[i];
+            dp = dst->data[i] + (yp+j)    * dst->linesize[i];
+            ap = src->data[3] + (j<<vsub) * src->linesize[3];
+
+            for (jmax = FFMIN(-yp + dst_hp, src_hp); j < jmax; j++) {
+                k = FFMAX(-xp, 0);
+                d = dp + xp+k;
+                s = sp + k;
+                a = ap + (k<<hsub);
+
+                for (kmax = FFMIN(-xp + dst_wp, src_wp); k < kmax; k++) {
                     int alpha_v, alpha_h, alpha;
-                    if (hsub && vsub && j+1 < hp && k+1 < wp) {
+
+                    // average alpha for color components, improve quality
+                    if (hsub && vsub && j+1 < src_hp && k+1 < src_wp) {
                         alpha = (a[0] + a[src->linesize[3]] +
                                  a[1] + a[src->linesize[3]+1]) >> 2;
                     } else if (hsub || vsub) {
-                        alpha_h = hsub && k+1 < wp ?
+                        alpha_h = hsub && k+1 < src_wp ?
                             (a[0] + a[1]) >> 1 : a[0];
-                        alpha_v = vsub && j+1 < hp ?
+                        alpha_v = vsub && j+1 < src_hp ?
                             (a[0] + a[src->linesize[3]]) >> 1 : a[0];
                         alpha = (alpha_v + alpha_h) >> 1;
                     } else
                         alpha = a[0];
-                    *d = (*d * (0xff - alpha) + *s++ * alpha + 128) >> 8;
+                    // if the main channel has an alpha channel, alpha has to be calculated
+                    // to create an un-premultiplied (straight) alpha value
+                    if (main_has_alpha && alpha != 0 && alpha != 255) {
+                        // average alpha for color components, improve quality
+                        uint8_t alpha_d;
+                        if (hsub && vsub && j+1 < src_hp && k+1 < src_wp) {
+                            alpha_d = (d[0] + d[src->linesize[3]] +
+                                       d[1] + d[src->linesize[3]+1]) >> 2;
+                        } else if (hsub || vsub) {
+                            alpha_h = hsub && k+1 < src_wp ?
+                                (d[0] + d[1]) >> 1 : d[0];
+                            alpha_v = vsub && j+1 < src_hp ?
+                                (d[0] + d[src->linesize[3]]) >> 1 : d[0];
+                            alpha_d = (alpha_v + alpha_h) >> 1;
+                        } else
+                            alpha_d = d[0];
+                        alpha = UNPREMULTIPLY_ALPHA(alpha, alpha_d);
+                    }
+                    *d = FAST_DIV255(*d * (255 - alpha) + *s * alpha);
+                    s++;
                     d++;
                     a += 1 << hsub;
                 }
@@ -271,136 +548,107 @@ static void blend_frame(AVFilterContext *ctx,
     }
 }
 
-static int filter_frame_main(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
+static AVFrame *do_blend(AVFilterContext *ctx, AVFrame *mainpic,
+                         const AVFrame *second)
 {
-    OverlayContext *s = inlink->dst->priv;
-
-    av_assert0(!s->main);
-    s->main         = frame;
+    OverlayContext *s = ctx->priv;
+    AVFilterLink *inlink = ctx->inputs[0];
+
+        /* TODO: reindent */
+        if (s->eval_mode == EVAL_MODE_FRAME) {
+            int64_t pos = av_frame_get_pkt_pos(mainpic);
+
+            s->var_values[VAR_N] = inlink->frame_count;
+            s->var_values[VAR_T] = mainpic->pts == AV_NOPTS_VALUE ?
+                NAN : mainpic->pts * av_q2d(inlink->time_base);
+            s->var_values[VAR_POS] = pos == -1 ? NAN : pos;
+
+            eval_expr(ctx);
+            av_log(ctx, AV_LOG_DEBUG, "n:%f t:%f pos:%f x:%f xi:%d y:%f yi:%d\n",
+                   s->var_values[VAR_N], s->var_values[VAR_T], s->var_values[VAR_POS],
+                   s->var_values[VAR_X], s->x,
+                   s->var_values[VAR_Y], s->y);
+        }
 
-    return 0;
+    blend_image(ctx, mainpic, second, s->x, s->y);
+    return mainpic;
 }
 
-static int filter_frame_overlay(AVFilterLink *inlink, AVFrame *frame)
+static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *inpicref)
 {
     OverlayContext *s = inlink->dst->priv;
-
-    av_assert0(!s->over_next);
-    s->over_next    = frame;
-
-    return 0;
+    return ff_dualinput_filter_frame(&s->dinput, inlink, inpicref);
 }
 
-static int output_frame(AVFilterContext *ctx)
+static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 {
-    OverlayContext *s = ctx->priv;
-    AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
-    int ret = ff_filter_frame(outlink, s->main);
-    s->main = NULL;
-
-    return ret;
+    OverlayContext *s = outlink->src->priv;
+    return ff_dualinput_request_frame(&s->dinput, outlink);
 }
 
-static int handle_overlay_eof(AVFilterContext *ctx)
+static av_cold int init(AVFilterContext *ctx)
 {
     OverlayContext *s = ctx->priv;
-    /* Repeat previous frame on secondary input */
-    if (s->over_prev && s->eof_action == EOF_ACTION_REPEAT)
-        blend_frame(ctx, s->main, s->over_prev, s->x, s->y);
-    /* End both streams */
-    else if (s->eof_action == EOF_ACTION_ENDALL)
-        return AVERROR_EOF;
-    return output_frame(ctx);
-}
 
-static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
-{
-    AVFilterContext *ctx = outlink->src;
-    OverlayContext    *s = ctx->priv;
-    AVRational tb_main = ctx->inputs[MAIN]->time_base;
-    AVRational tb_over = ctx->inputs[OVERLAY]->time_base;
-    int ret = 0;
-
-    /* get a frame on the main input */
-    if (!s->main) {
-        ret = ff_request_frame(ctx->inputs[MAIN]);
-        if (ret < 0)
-            return ret;
+    if (s->allow_packed_rgb) {
+        av_log(ctx, AV_LOG_WARNING,
+               "The rgb option is deprecated and is overriding the format option, use format instead\n");
+        s->format = OVERLAY_FORMAT_RGB;
     }
-
-    /* get a new frame on the overlay input, on EOF check setting 'eof_action' */
-    if (!s->over_next) {
-        ret = ff_request_frame(ctx->inputs[OVERLAY]);
-        if (ret == AVERROR_EOF)
-           return handle_overlay_eof(ctx);
-        else if (ret < 0)
-            return ret;
+    if (!s->dinput.repeatlast || s->eof_action == EOF_ACTION_PASS) {
+        s->dinput.repeatlast = 0;
+        s->eof_action = EOF_ACTION_PASS;
     }
-
-    while (s->main->pts != AV_NOPTS_VALUE &&
-           s->over_next->pts != AV_NOPTS_VALUE &&
-           av_compare_ts(s->over_next->pts, tb_over, s->main->pts, tb_main) < 0) {
-        av_frame_free(&s->over_prev);
-        FFSWAP(AVFrame*, s->over_prev, s->over_next);
-
-        ret = ff_request_frame(ctx->inputs[OVERLAY]);
-        if (ret == AVERROR_EOF)
-            return handle_overlay_eof(ctx);
-        else if (ret < 0)
-            return ret;
+    if (s->dinput.shortest || s->eof_action == EOF_ACTION_ENDALL) {
+        s->dinput.shortest = 1;
+        s->eof_action = EOF_ACTION_ENDALL;
     }
 
-    if (s->main->pts == AV_NOPTS_VALUE ||
-        s->over_next->pts == AV_NOPTS_VALUE ||
-        !av_compare_ts(s->over_next->pts, tb_over, s->main->pts, tb_main)) {
-        blend_frame(ctx, s->main, s->over_next, s->x, s->y);
-        av_frame_free(&s->over_prev);
-        FFSWAP(AVFrame*, s->over_prev, s->over_next);
-    } else if (s->over_prev) {
-        blend_frame(ctx, s->main, s->over_prev, s->x, s->y);
-    }
-
-    return output_frame(ctx);
+    s->dinput.process = do_blend;
+    return 0;
 }
 
 #define OFFSET(x) offsetof(OverlayContext, x)
-#define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
-static const AVOption options[] = {
-    { "x", "Horizontal position of the left edge of the overlaid video on the "
-        "main video.",          OFFSET(x_expr), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "0" }, .flags = FLAGS },
-    { "y", "Vertical position of the top edge of the overlaid video on the "
-        "main video.",          OFFSET(y_expr), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "0" }, .flags = FLAGS },
+#define FLAGS AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM|AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM
+
+static const AVOption overlay_options[] = {
+    { "x", "set the x expression", OFFSET(x_expr), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "0"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
+    { "y", "set the y expression", OFFSET(y_expr), AV_OPT_TYPE_STRING, {.str = "0"}, CHAR_MIN, CHAR_MAX, FLAGS },
     { "eof_action", "Action to take when encountering EOF from secondary input ",
         OFFSET(eof_action), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = EOF_ACTION_REPEAT },
         EOF_ACTION_REPEAT, EOF_ACTION_PASS, .flags = FLAGS, "eof_action" },
         { "repeat", "Repeat the previous frame.",   0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = EOF_ACTION_REPEAT }, .flags = FLAGS, "eof_action" },
         { "endall", "End both streams.",            0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = EOF_ACTION_ENDALL }, .flags = FLAGS, "eof_action" },
         { "pass",   "Pass through the main input.", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = EOF_ACTION_PASS },   .flags = FLAGS, "eof_action" },
-    { NULL },
+    { "eval", "specify when to evaluate expressions", OFFSET(eval_mode), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = EVAL_MODE_FRAME}, 0, EVAL_MODE_NB-1, FLAGS, "eval" },
+         { "init",  "eval expressions once during initialization", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=EVAL_MODE_INIT},  .flags = FLAGS, .unit = "eval" },
+         { "frame", "eval expressions per-frame",                  0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=EVAL_MODE_FRAME}, .flags = FLAGS, .unit = "eval" },
+    { "rgb", "force packed RGB in input and output (deprecated)", OFFSET(allow_packed_rgb), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0}, 0, 1, FLAGS },
+    { "shortest", "force termination when the shortest input terminates", OFFSET(dinput.shortest), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, 1, FLAGS },
+    { "format", "set output format", OFFSET(format), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=OVERLAY_FORMAT_YUV420}, 0, OVERLAY_FORMAT_NB-1, FLAGS, "format" },
+        { "yuv420", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=OVERLAY_FORMAT_YUV420}, .flags = FLAGS, .unit = "format" },
+        { "yuv422", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=OVERLAY_FORMAT_YUV422}, .flags = FLAGS, .unit = "format" },
+        { "yuv444", "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=OVERLAY_FORMAT_YUV444}, .flags = FLAGS, .unit = "format" },
+        { "rgb",    "", 0, AV_OPT_TYPE_CONST, {.i64=OVERLAY_FORMAT_RGB},    .flags = FLAGS, .unit = "format" },
+    { "repeatlast", "repeat overlay of the last overlay frame", OFFSET(dinput.repeatlast), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=1}, 0, 1, FLAGS },
+    { NULL }
 };
 
-static const AVClass overlay_class = {
-    .class_name = "overlay",
-    .item_name  = av_default_item_name,
-    .option     = options,
-    .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
-};
+AVFILTER_DEFINE_CLASS(overlay);
 
 static const AVFilterPad avfilter_vf_overlay_inputs[] = {
     {
         .name         = "main",
         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
         .config_props = config_input_main,
-        .filter_frame = filter_frame_main,
+        .filter_frame = filter_frame,
         .needs_writable = 1,
-        .needs_fifo   = 1,
     },
     {
         .name         = "overlay",
         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
         .config_props = config_input_overlay,
-        .filter_frame = filter_frame_overlay,
-        .needs_fifo   = 1,
+        .filter_frame = filter_frame,
     },
     { NULL }
 };
@@ -416,16 +664,15 @@ static const AVFilterPad avfilter_vf_overlay_outputs[] = {
 };
 
 AVFilter ff_vf_overlay = {
-    .name      = "overlay",
-    .description = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Overlay a video source on top of the input."),
-
-    .uninit    = uninit,
-
-    .priv_size = sizeof(OverlayContext),
-    .priv_class = &overlay_class,
-
+    .name          = "overlay",
+    .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Overlay a video source on top of the input."),
+    .init          = init,
+    .uninit        = uninit,
+    .priv_size     = sizeof(OverlayContext),
+    .priv_class    = &overlay_class,
     .query_formats = query_formats,
-
-    .inputs    = avfilter_vf_overlay_inputs,
-    .outputs   = avfilter_vf_overlay_outputs,
+    .process_command = process_command,
+    .inputs        = avfilter_vf_overlay_inputs,
+    .outputs       = avfilter_vf_overlay_outputs,
+    .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 };