libavfilter/vf_midequalizer.c

   1 /*
   2  * Copyright (c) 2017 Paul B Mahol
   3  *
   4  * This file is part of FFmpeg.
   5  *
   6  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   8  * License as published by the Free Software Foundation; either
   9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  10  *
  11  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  14  * Lesser General Public License for more details.
  15  *
  16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  17  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  19  */
  20
  21 #include "libavutil/imgutils.h"
  22 #include "libavutil/pixdesc.h"
  23 #include "libavutil/opt.h"
  24 #include "avfilter.h"
  25 #include "formats.h"
  26 #include "internal.h"
  27 #include "video.h"
  28 #include "framesync.h"
  29
  30 typedef struct MidEqualizerContext {
  31     const AVClass *class;
  32     int width[2][4], height[2][4];
  33     int nb_planes;
  34     int planes;
  35     int histogram_size;
  36     float *histogram[2];
  37     unsigned *cchange;
  38     FFFrameSync fs;
  39
  40     void (*midequalizer)(const uint8_t *in0, const uint8_t *in1,
  41                          uint8_t *dst,
  42                          ptrdiff_t linesize1, ptrdiff_t linesize2,
  43                          ptrdiff_t dlinesize,
  44                          int w0, int h0,
  45                          int w1, int h1,
  46                          float *histogram1, float *histogram2,
  47                          unsigned *cchange, size_t hsize);
  48 } MidEqualizerContext;
  49
  50 #define OFFSET(x) offsetof(MidEqualizerContext, x)
  51 #define FLAGS AV_OPT_FLAG_FILTERING_PARAM|AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM
  52
  53 static const AVOption midequalizer_options[] = {
  54     { "planes", "set planes", OFFSET(planes), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64=0xF}, 0, 0xF, FLAGS },
  55     { NULL }
  56 };
  57
  58 AVFILTER_DEFINE_CLASS(midequalizer);
  59
  60 static int query_formats(AVFilterContext *ctx)
  61 {
  62     static const enum AVPixelFormat pix_fmts[] = {
  63         AV_PIX_FMT_YUVA444P, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_YUV440P,
  64         AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_YUVJ440P,
  65         AV_PIX_FMT_YUVA422P, AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUVA420P, AV_PIX_FMT_YUV420P,
  66         AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ420P,
  67         AV_PIX_FMT_YUVJ411P, AV_PIX_FMT_YUV411P, AV_PIX_FMT_YUV410P,
  68         AV_PIX_FMT_GBRP, AV_PIX_FMT_GBRAP,
  69         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY10, AV_PIX_FMT_GRAY12,
  70         AV_PIX_FMT_YUV420P9, AV_PIX_FMT_YUV422P9, AV_PIX_FMT_YUV444P9,
  71         AV_PIX_FMT_YUV420P10, AV_PIX_FMT_YUV422P10, AV_PIX_FMT_YUV444P10,
  72         AV_PIX_FMT_YUV420P12, AV_PIX_FMT_YUV422P12, AV_PIX_FMT_YUV444P12,
  73         AV_PIX_FMT_YUV420P14, AV_PIX_FMT_YUV422P14, AV_PIX_FMT_YUV444P14,
  74         AV_PIX_FMT_GBRP9, AV_PIX_FMT_GBRP10, AV_PIX_FMT_GBRP12, AV_PIX_FMT_GBRP14,
  75         AV_PIX_FMT_YUVA420P9, AV_PIX_FMT_YUVA422P9, AV_PIX_FMT_YUVA444P9,
  76         AV_PIX_FMT_YUVA420P10, AV_PIX_FMT_YUVA422P10, AV_PIX_FMT_YUVA444P10,
  77         AV_PIX_FMT_GBRAP10, AV_PIX_FMT_GBRAP12,
  78         AV_PIX_FMT_NONE
  79     };
  80
  81     return ff_set_common_formats(ctx, ff_make_format_list(pix_fmts));
  82 }
  83
  84 static int process_frame(FFFrameSync *fs)
  85 {
  86     AVFilterContext *ctx = fs->parent;
  87     MidEqualizerContext *s = fs->opaque;
  88     AVFilterLink *outlink = ctx->outputs[0];
  89     AVFrame *out, *in0, *in1;
  90     int ret;
  91
  92     if ((ret = ff_framesync_get_frame(&s->fs, 0, &in0, 0)) < 0 ||
  93         (ret = ff_framesync_get_frame(&s->fs, 1, &in1, 0)) < 0)
  94         return ret;
  95
  96     if (ctx->is_disabled) {
  97         out = av_frame_clone(in0);
  98         if (!out)
  99             return AVERROR(ENOMEM);
 100     } else {
 101         int p;
 102
 103         out = ff_get_video_buffer(outlink, outlink->w, outlink->h);
 104         if (!out)
 105             return AVERROR(ENOMEM);
 106         av_frame_copy_props(out, in0);
 107
 108         for (p = 0; p < s->nb_planes; p++) {
 109             if (!((1 << p) & s->planes)) {
 110                 av_image_copy_plane(out->data[p], out->linesize[p], in0->data[p], in0->linesize[p],
 111                                     s->width[0][p] * (1 + (s->histogram_size > 256)), s->height[0][p]);
 112                 continue;
 113             }
 114
 115             s->midequalizer(in0->data[p], in1->data[p],
 116                             out->data[p],
 117                             in0->linesize[p], in1->linesize[p],
 118                             out->linesize[p],
 119                             s->width[0][p], s->height[0][p],
 120                             s->width[1][p], s->height[1][p],
 121                             s->histogram[0], s->histogram[1],
 122                             s->cchange, s->histogram_size);
 123         }
 124     }
 125     out->pts = av_rescale_q(in0->pts, s->fs.time_base, outlink->time_base);
 126
 127     return ff_filter_frame(outlink, out);
 128 }
 129
 130 static void compute_histogram8(const uint8_t *src, ptrdiff_t linesize,
 131                                int w, int h, float *histogram, size_t hsize)
 132 {
 133     int y, x;
 134
 135     memset(histogram, 0, hsize * sizeof(*histogram));
 136
 137     for (y = 0; y < h; y++) {
 138         for (x = 0; x < w; x++) {
 139             histogram[src[x]] += 1;
 140         }
 141         src += linesize;
 142     }
 143
 144     for (x = 0; x < hsize - 1; x++) {
 145         histogram[x + 1] += histogram[x];
 146         histogram[x] /= hsize;
 147     }
 148     histogram[x] /= hsize;
 149 }
 150
 151 static void compute_histogram16(const uint16_t *src, ptrdiff_t linesize,
 152                                 int w, int h, float *histogram, size_t hsize)
 153 {
 154     int y, x;
 155
 156     memset(histogram, 0, hsize * sizeof(*histogram));
 157
 158     for (y = 0; y < h; y++) {
 159         for (x = 0; x < w; x++) {
 160             histogram[src[x]] += 1;
 161         }
 162         src += linesize;
 163     }
 164
 165     for (x = 0; x < hsize - 1; x++) {
 166         histogram[x + 1] += histogram[x];
 167         histogram[x] /= hsize;
 168     }
 169     histogram[x] /= hsize;
 170 }
 171
 172 static void compute_contrast_change(float *histogram1, float *histogram2,
 173                                     unsigned *cchange, size_t hsize)
 174 {
 175     int i;
 176
 177     for (i = 0; i < hsize; i++) {
 178         int j;
 179
 180         for (j = 0; j < hsize && histogram2[j] < histogram1[i]; j++);
 181
 182         cchange[i] = (i + j) / 2;
 183     }
 184 }
 185
 186 static void midequalizer8(const uint8_t *in0, const uint8_t *in1,
 187                           uint8_t *dst,
 188                           ptrdiff_t linesize1, ptrdiff_t linesize2,
 189                           ptrdiff_t dlinesize,
 190                           int w0, int h0,
 191                           int w1, int h1,
 192                           float *histogram1, float *histogram2,
 193                           unsigned *cchange,
 194                           size_t hsize)
 195 {
 196     int x, y;
 197
 198     compute_histogram8(in0, linesize1, w0, h0, histogram1, hsize);
 199     compute_histogram8(in1, linesize2, w1, h1, histogram2, hsize);
 200
 201     compute_contrast_change(histogram1, histogram2, cchange, hsize);
 202
 203     for (y = 0; y < h0; y++) {
 204         for (x = 0; x < w0; x++) {
 205             dst[x] = av_clip_uint8(cchange[in0[x]]);
 206         }
 207         dst += dlinesize;
 208         in0 += linesize1;
 209     }
 210 }
 211
 212 static void midequalizer16(const uint8_t *in0, const uint8_t *in1,
 213                            uint8_t *dst,
 214                            ptrdiff_t linesize1, ptrdiff_t linesize2,
 215                            ptrdiff_t dlinesize,
 216                            int w0, int h0,
 217                            int w1, int h1,
 218                            float *histogram1, float *histogram2,
 219                            unsigned *cchange,
 220                            size_t hsize)
 221 {
 222     const uint16_t *i = (const uint16_t *)in0;
 223     uint16_t *d = (uint16_t *)dst;
 224     int x, y;
 225
 226     compute_histogram16(i, linesize1 / 2, w0, h0, histogram1, hsize);
 227     compute_histogram16((const uint16_t *)in1, linesize2 / 2, w1, h1, histogram2, hsize);
 228
 229     compute_contrast_change(histogram1, histogram2, cchange, hsize);
 230
 231     for (y = 0; y < h0; y++) {
 232         for (x = 0; x < w0; x++) {
 233             d[x] = cchange[i[x]];
 234         }
 235         d += dlinesize / 2;
 236         i += linesize1 / 2;
 237     }
 238 }
 239
 240 static int config_input0(AVFilterLink *inlink)
 241 {
 242     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 243     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 244     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 245     int vsub, hsub;
 246
 247     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 248
 249     hsub = desc->log2_chroma_w;
 250     vsub = desc->log2_chroma_h;
 251
 252     s->height[0][0] = s->height[0][3] = inlink->h;
 253     s->width[0][0]  = s->width[0][3]  = inlink->w;
 254     s->height[0][1] = s->height[0][2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, vsub);
 255     s->width[0][1]  = s->width[0][2]  = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, hsub);
 256
 257     s->histogram_size = 1 << desc->comp[0].depth;
 258
 259     s->histogram[0] = av_calloc(s->histogram_size, sizeof(float));
 260     s->histogram[1] = av_calloc(s->histogram_size, sizeof(float));
 261     s->cchange      = av_calloc(s->histogram_size, sizeof(unsigned));
 262     if (!s->histogram[0] || !s->histogram[1] || !s->cchange)
 263         return AVERROR(ENOMEM);
 264
 265     if (s->histogram_size == 256) {
 266         s->midequalizer = midequalizer8;
 267     } else {
 268         s->midequalizer = midequalizer16;
 269     }
 270
 271     return 0;
 272 }
 273
 274 static int config_input1(AVFilterLink *inlink)
 275 {
 276     AVFilterContext *ctx = inlink->dst;
 277     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 278     const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(inlink->format);
 279     int vsub, hsub;
 280
 281     s->nb_planes = av_pix_fmt_count_planes(inlink->format);
 282
 283     hsub = desc->log2_chroma_w;
 284     vsub = desc->log2_chroma_h;
 285
 286     s->height[1][0] = s->height[1][3] = inlink->h;
 287     s->width[1][0]  = s->width[1][3]  = inlink->w;
 288     s->height[1][1] = s->height[1][2] = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->h, vsub);
 289     s->width[1][1]  = s->width[1][2]  = AV_CEIL_RSHIFT(inlink->w, hsub);
 290
 291     return 0;
 292 }
 293
 294 static int config_output(AVFilterLink *outlink)
 295 {
 296     AVFilterContext *ctx = outlink->src;
 297     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 298     AVFilterLink *in0 = ctx->inputs[0];
 299     AVFilterLink *in1 = ctx->inputs[1];
 300     FFFrameSyncIn *in;
 301     int ret;
 302
 303     if (in0->format != in1->format) {
 304         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "inputs must be of same pixel format\n");
 305         return AVERROR(EINVAL);
 306     }
 307
 308     outlink->w = in0->w;
 309     outlink->h = in0->h;
 310     outlink->time_base = in0->time_base;
 311     outlink->sample_aspect_ratio = in0->sample_aspect_ratio;
 312     outlink->frame_rate = in0->frame_rate;
 313
 314     if ((ret = ff_framesync_init(&s->fs, ctx, 2)) < 0)
 315         return ret;
 316
 317     in = s->fs.in;
 318     in[0].time_base = in0->time_base;
 319     in[1].time_base = in1->time_base;
 320     in[0].sync   = 1;
 321     in[0].before = EXT_STOP;
 322     in[0].after  = EXT_INFINITY;
 323     in[1].sync   = 1;
 324     in[1].before = EXT_STOP;
 325     in[1].after  = EXT_INFINITY;
 326     s->fs.opaque   = s;
 327     s->fs.on_event = process_frame;
 328
 329     return ff_framesync_configure(&s->fs);
 330 }
 331
 332 static int filter_frame(AVFilterLink *inlink, AVFrame *buf)
 333 {
 334     MidEqualizerContext *s = inlink->dst->priv;
 335     return ff_framesync_filter_frame(&s->fs, inlink, buf);
 336 }
 337
 338 static int request_frame(AVFilterLink *outlink)
 339 {
 340     MidEqualizerContext *s = outlink->src->priv;
 341     return ff_framesync_request_frame(&s->fs, outlink);
 342 }
 343
 344 static av_cold void uninit(AVFilterContext *ctx)
 345 {
 346     MidEqualizerContext *s = ctx->priv;
 347
 348     ff_framesync_uninit(&s->fs);
 349     av_freep(&s->histogram[0]);
 350     av_freep(&s->histogram[1]);
 351     av_freep(&s->cchange);
 352 }
 353
 354 static const AVFilterPad midequalizer_inputs[] = {
 355     {
 356         .name         = "in0",
 357         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 358         .filter_frame = filter_frame,
 359         .config_props = config_input0,
 360     },
 361     {
 362         .name         = "in1",
 363         .type         = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 364         .filter_frame = filter_frame,
 365         .config_props = config_input1,
 366     },
 367     { NULL }
 368 };
 369
 370 static const AVFilterPad midequalizer_outputs[] = {
 371     {
 372         .name          = "default",
 373         .type          = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 374         .config_props  = config_output,
 375         .request_frame = request_frame,
 376     },
 377     { NULL }
 378 };
 379
 380 AVFilter ff_vf_midequalizer = {
 381     .name          = "midequalizer",
 382     .description   = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Apply Midway Equalization."),
 383     .priv_size     = sizeof(MidEqualizerContext),
 384     .uninit        = uninit,
 385     .query_formats = query_formats,
 386     .inputs        = midequalizer_inputs,
 387     .outputs       = midequalizer_outputs,
 388     .priv_class    = &midequalizer_class,
 389     .flags         = AVFILTER_FLAG_SUPPORT_TIMELINE_INTERNAL,
 390 };