src/lib/image.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  17
  18 */
  19
  20 /** @file src/image.cc
  21  *  @brief A set of classes to describe video images.
  22  */
  23
  24 #include <sstream>
  25 #include <iomanip>
  26 #include <iostream>
  27 #include <sys/time.h>
  28 #include <boost/algorithm/string.hpp>
  29 #include <boost/bind.hpp>
  30 #include <openjpeg.h>
  31 extern "C" {
  32 #include <libavcodec/avcodec.h>
  33 #include <libavformat/avformat.h>
  34 #include <libswscale/swscale.h>
  35 #include <libavfilter/avfiltergraph.h>
  36 #include <libpostproc/postprocess.h>
  37 #include <libavutil/pixfmt.h>
  38 }
  39 #include "image.h"
  40 #include "exceptions.h"
  41 #include "scaler.h"
  42
  43 using namespace std;
  44 using namespace boost;
  45 using libdcp::Size;
  46
  47 void
  48 Image::swap (Image& other)
  49 {
  50         std::swap (_pixel_format, other._pixel_format);
  51 }
  52
  53 /** @param n Component index.
  54  *  @return Number of lines in the image for the given component.
  55  */
  56 int
  57 Image::lines (int n) const
  58 {
  59         switch (_pixel_format) {
  60         case PIX_FMT_YUV420P:
  61                 if (n == 0) {
  62                         return size().height;
  63                 } else {
  64                         return size().height / 2;
  65                 }
  66                 break;
  67         case PIX_FMT_RGB24:
  68         case PIX_FMT_RGBA:
  69         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
  70         case PIX_FMT_YUV422P:
  71                 return size().height;
  72         default:
  73                 assert (false);
  74         }
  75
  76         return 0;
  77 }
  78
  79 /** @return Number of components */
  80 int
  81 Image::components () const
  82 {
  83         switch (_pixel_format) {
  84         case PIX_FMT_YUV420P:
  85         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
  86         case PIX_FMT_YUV422P:
  87                 return 3;
  88         case PIX_FMT_RGB24:
  89         case PIX_FMT_RGBA:
  90                 return 1;
  91         default:
  92                 assert (false);
  93         }
  94
  95         return 0;
  96 }
  97
  98 shared_ptr<Image>
  99 Image::scale (Size out_size, Scaler const * scaler, bool aligned) const
 100 {
 101         assert (scaler);
 102
 103         shared_ptr<Image> scaled (new SimpleImage (pixel_format(), out_size, aligned));
 104
 105         struct SwsContext* scale_context = sws_getContext (
 106                 size().width, size().height, pixel_format(),
 107                 out_size.width, out_size.height, pixel_format(),
 108                 scaler->ffmpeg_id (), 0, 0, 0
 109                 );
 110
 111         sws_scale (
 112                 scale_context,
 113                 data(), stride(),
 114                 0, size().height,
 115                 scaled->data(), scaled->stride()
 116                 );
 117
 118         sws_freeContext (scale_context);
 119
 120         return scaled;
 121 }
 122
 123 /** Scale this image to a given size and convert it to RGB.
 124  *  @param out_size Output image size in pixels.
 125  *  @param scaler Scaler to use.
 126  */
 127 shared_ptr<Image>
 128 Image::scale_and_convert_to_rgb (Size out_size, int padding, Scaler const * scaler, bool aligned) const
 129 {
 130         assert (scaler);
 131
 132         Size content_size = out_size;
 133         content_size.width -= (padding * 2);
 134
 135         shared_ptr<Image> rgb (new SimpleImage (PIX_FMT_RGB24, content_size, aligned));
 136
 137         struct SwsContext* scale_context = sws_getContext (
 138                 size().width, size().height, pixel_format(),
 139                 content_size.width, content_size.height, PIX_FMT_RGB24,
 140                 scaler->ffmpeg_id (), 0, 0, 0
 141                 );
 142
 143         /* Scale and convert to RGB from whatever its currently in (which may be RGB) */
 144         sws_scale (
 145                 scale_context,
 146                 data(), stride(),
 147                 0, size().height,
 148                 rgb->data(), rgb->stride()
 149                 );
 150
 151         /* Put the image in the right place in a black frame if are padding; this is
 152            a bit grubby and expensive, but probably inconsequential in the great
 153            scheme of things.
 154         */
 155         if (padding > 0) {
 156                 shared_ptr<Image> padded_rgb (new SimpleImage (PIX_FMT_RGB24, out_size, aligned));
 157                 padded_rgb->make_black ();
 158
 159                 /* XXX: we are cheating a bit here; we know the frame is RGB so we can
 160                    make assumptions about its composition.
 161                 */
 162                 uint8_t* p = padded_rgb->data()[0] + padding * 3;
 163                 uint8_t* q = rgb->data()[0];
 164                 for (int j = 0; j < rgb->lines(0); ++j) {
 165                         memcpy (p, q, rgb->line_size()[0]);
 166                         p += padded_rgb->stride()[0];
 167                         q += rgb->stride()[0];
 168                 }
 169
 170                 rgb = padded_rgb;
 171         }
 172
 173         sws_freeContext (scale_context);
 174
 175         return rgb;
 176 }
 177
 178 /** Run a FFmpeg post-process on this image and return the processed version.
 179  *  @param pp Flags for the required set of post processes.
 180  *  @return Post-processed image.
 181  */
 182 shared_ptr<Image>
 183 Image::post_process (string pp, bool aligned) const
 184 {
 185         shared_ptr<Image> out (new SimpleImage (pixel_format(), size (), aligned));
 186
 187         int pp_format = 0;
 188         switch (pixel_format()) {
 189         case PIX_FMT_YUV420P:
 190                 pp_format = PP_FORMAT_420;
 191                 break;
 192         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
 193         case PIX_FMT_YUV422P:
 194                 pp_format = PP_FORMAT_422;
 195                 break;
 196         default:
 197                 assert (false);
 198         }
 199
 200         pp_mode* mode = pp_get_mode_by_name_and_quality (pp.c_str (), PP_QUALITY_MAX);
 201         pp_context* context = pp_get_context (size().width, size().height, pp_format | PP_CPU_CAPS_MMX2);
 202
 203         pp_postprocess (
 204                 (const uint8_t **) data(), stride(),
 205                 out->data(), out->stride(),
 206                 size().width, size().height,
 207                 0, 0, mode, context, 0
 208                 );
 209
 210         pp_free_mode (mode);
 211         pp_free_context (context);
 212
 213         return out;
 214 }
 215
 216 shared_ptr<Image>
 217 Image::crop (Crop crop, bool aligned) const
 218 {
 219         Size cropped_size = size ();
 220         cropped_size.width -= crop.left + crop.right;
 221         cropped_size.height -= crop.top + crop.bottom;
 222
 223         shared_ptr<Image> out (new SimpleImage (pixel_format(), cropped_size, aligned));
 224
 225         for (int c = 0; c < components(); ++c) {
 226                 int const crop_left_in_bytes = bytes_per_pixel(c) * crop.left;
 227                 int const cropped_width_in_bytes = bytes_per_pixel(c) * cropped_size.width;
 228
 229                 /* Start of the source line, cropped from the top but not the left */
 230                 uint8_t* in_p = data()[c] + crop.top * stride()[c];
 231                 uint8_t* out_p = out->data()[c];
 232
 233                 for (int y = 0; y < cropped_size.height; ++y) {
 234                         memcpy (out_p, in_p + crop_left_in_bytes, cropped_width_in_bytes);
 235                         in_p += line_size()[c];
 236                         out_p += out->line_size()[c];
 237                 }
 238         }
 239
 240         return out;
 241 }
 242
 243 void
 244 Image::make_black ()
 245 {
 246         switch (_pixel_format) {
 247         case PIX_FMT_YUV420P:
 248         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
 249         case PIX_FMT_YUV422P:
 250                 memset (data()[0], 0, lines(0) * stride()[0]);
 251                 memset (data()[1], 0x80, lines(1) * stride()[1]);
 252                 memset (data()[2], 0x80, lines(2) * stride()[2]);
 253                 break;
 254
 255         case PIX_FMT_RGB24:
 256                 memset (data()[0], 0, lines(0) * stride()[0]);
 257                 break;
 258
 259         default:
 260                 assert (false);
 261         }
 262 }
 263
 264 void
 265 Image::alpha_blend (shared_ptr<const Image> other, Position position)
 266 {
 267         /* Only implemented for RGBA onto RGB24 so far */
 268         assert (_pixel_format == PIX_FMT_RGB24 && other->pixel_format() == PIX_FMT_RGBA);
 269
 270         int start_tx = position.x;
 271         int start_ox = 0;
 272
 273         if (start_tx < 0) {
 274                 start_ox = -start_tx;
 275                 start_tx = 0;
 276         }
 277
 278         int start_ty = position.y;
 279         int start_oy = 0;
 280
 281         if (start_ty < 0) {
 282                 start_oy = -start_ty;
 283                 start_ty = 0;
 284         }
 285
 286         for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 287                 uint8_t* tp = data()[0] + ty * stride()[0] + position.x * 3;
 288                 uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 289                 for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 290                         float const alpha = float (op[3]) / 255;
 291                         tp[0] = (tp[0] * (1 - alpha)) + op[0] * alpha;
 292                         tp[1] = (tp[1] * (1 - alpha)) + op[1] * alpha;
 293                         tp[2] = (tp[2] * (1 - alpha)) + op[2] * alpha;
 294                         tp += 3;
 295                         op += 4;
 296                 }
 297         }
 298 }
 299
 300 void
 301 Image::read_from_socket (shared_ptr<Socket> socket)
 302 {
 303         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 304                 uint8_t* p = data()[i];
 305                 for (int y = 0; y < lines(i); ++y) {
 306                         socket->read_definite_and_consume (p, line_size()[i], 30);
 307                         p += stride()[i];
 308                 }
 309         }
 310 }
 311
 312 void
 313 Image::write_to_socket (shared_ptr<Socket> socket) const
 314 {
 315         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 316                 uint8_t* p = data()[i];
 317                 for (int y = 0; y < lines(i); ++y) {
 318                         socket->write (p, line_size()[i], 30);
 319                         p += stride()[i];
 320                 }
 321         }
 322 }
 323
 324
 325 float
 326 Image::bytes_per_pixel (int c) const
 327 {
 328         if (c == 3) {
 329                 return 0;
 330         }
 331
 332         switch (_pixel_format) {
 333         case PIX_FMT_RGB24:
 334                 if (c == 0) {
 335                         return 3;
 336                 } else {
 337                         return 0;
 338                 }
 339         case PIX_FMT_RGBA:
 340                 if (c == 0) {
 341                         return 4;
 342                 } else {
 343                         return 0;
 344                 }
 345         case PIX_FMT_YUV420P:
 346         case PIX_FMT_YUV422P:
 347                 if (c == 0) {
 348                         return 1;
 349                 } else {
 350                         return 0.5;
 351                 }
 352         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
 353                 if (c == 0) {
 354                         return 2;
 355                 } else {
 356                         return 1;
 357                 }
 358         default:
 359                 assert (false);
 360         }
 361
 362         return 0;
 363 }
 364
 365
 366 /** Construct a SimpleImage of a given size and format, allocating memory
 367  *  as required.
 368  *
 369  *  @param p Pixel format.
 370  *  @param s Size in pixels.
 371  */
 372 SimpleImage::SimpleImage (AVPixelFormat p, Size s, bool aligned)
 373         : Image (p)
 374         , _size (s)
 375         , _aligned (aligned)
 376 {
 377         allocate ();
 378 }
 379
 380 void
 381 SimpleImage::allocate ()
 382 {
 383         _data = (uint8_t **) av_malloc (4 * sizeof (uint8_t *));
 384         _data[0] = _data[1] = _data[2] = _data[3] = 0;
 385
 386         _line_size = (int *) av_malloc (4 * sizeof (int));
 387         _line_size[0] = _line_size[1] = _line_size[2] = _line_size[3] = 0;
 388
 389         _stride = (int *) av_malloc (4 * sizeof (int));
 390         _stride[0] = _stride[1] = _stride[2] = _stride[3] = 0;
 391
 392         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 393                 _line_size[i] = _size.width * bytes_per_pixel(i);
 394                 _stride[i] = stride_round_up (i, _line_size, _aligned ? 32 : 1);
 395                 _data[i] = (uint8_t *) av_malloc (_stride[i] * lines (i));
 396         }
 397 }
 398
 399 SimpleImage::SimpleImage (SimpleImage const & other)
 400         : Image (other)
 401 {
 402         _size = other._size;
 403         _aligned = other._aligned;
 404
 405         allocate ();
 406
 407         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 408                 memcpy (_data[i], other._data[i], _line_size[i] * lines(i));
 409         }
 410 }
 411
 412 SimpleImage&
 413 SimpleImage::operator= (SimpleImage const & other)
 414 {
 415         if (this == &other) {
 416                 return *this;
 417         }
 418
 419         SimpleImage tmp (other);
 420         swap (tmp);
 421         return *this;
 422 }
 423
 424 void
 425 SimpleImage::swap (SimpleImage & other)
 426 {
 427         Image::swap (other);
 428
 429         std::swap (_size, other._size);
 430
 431         for (int i = 0; i < 4; ++i) {
 432                 std::swap (_data[i], other._data[i]);
 433                 std::swap (_line_size[i], other._line_size[i]);
 434                 std::swap (_stride[i], other._stride[i]);
 435         }
 436
 437         std::swap (_aligned, other._aligned);
 438 }
 439
 440 /** Destroy a SimpleImage */
 441 SimpleImage::~SimpleImage ()
 442 {
 443         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 444                 av_free (_data[i]);
 445         }
 446
 447         av_free (_data);
 448         av_free (_line_size);
 449         av_free (_stride);
 450 }
 451
 452 uint8_t **
 453 SimpleImage::data () const
 454 {
 455         return _data;
 456 }
 457
 458 int *
 459 SimpleImage::line_size () const
 460 {
 461         return _line_size;
 462 }
 463
 464 int *
 465 SimpleImage::stride () const
 466 {
 467         return _stride;
 468 }
 469
 470 Size
 471 SimpleImage::size () const
 472 {
 473         return _size;
 474 }
 475
 476 FilterBufferImage::FilterBufferImage (AVPixelFormat p, AVFilterBufferRef* b)
 477         : Image (p)
 478         , _buffer (b)
 479 {
 480
 481 }
 482
 483 FilterBufferImage::~FilterBufferImage ()
 484 {
 485         avfilter_unref_buffer (_buffer);
 486 }
 487
 488 uint8_t **
 489 FilterBufferImage::data () const
 490 {
 491         return _buffer->data;
 492 }
 493
 494 int *
 495 FilterBufferImage::line_size () const
 496 {
 497         return _buffer->linesize;
 498 }
 499
 500 int *
 501 FilterBufferImage::stride () const
 502 {
 503         /* XXX? */
 504         return _buffer->linesize;
 505 }
 506
 507 Size
 508 FilterBufferImage::size () const
 509 {
 510         return Size (_buffer->video->w, _buffer->video->h);
 511 }
 512
 513 RGBPlusAlphaImage::RGBPlusAlphaImage (shared_ptr<const Image> im)
 514         : SimpleImage (im->pixel_format(), im->size(), false)
 515 {
 516         assert (im->pixel_format() == PIX_FMT_RGBA);
 517
 518         _alpha = (uint8_t *) av_malloc (im->size().width * im->size().height);
 519
 520         uint8_t* in = im->data()[0];
 521         uint8_t* out = data()[0];
 522         uint8_t* out_alpha = _alpha;
 523         for (int y = 0; y < im->size().height; ++y) {
 524                 uint8_t* in_r = in;
 525                 for (int x = 0; x < im->size().width; ++x) {
 526                         *out++ = *in_r++;
 527                         *out++ = *in_r++;
 528                         *out++ = *in_r++;
 529                         *out_alpha++ = *in_r++;
 530                 }
 531
 532                 in += im->stride()[0];
 533         }
 534 }
 535
 536 RGBPlusAlphaImage::~RGBPlusAlphaImage ()
 537 {
 538         av_free (_alpha);
 539 }
 540