src/rgb_xyz.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2013 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 #include "rgb_xyz.h"
  21 #include "argb_frame.h"
  22 #include "xyz_frame.h"
  23 #include "gamma_lut.h"
  24 #include "image.h"
  25 #include "colour_matrix.h"
  26
  27 using std::min;
  28 using std::max;
  29 using boost::shared_ptr;
  30 using namespace libdcp;
  31
  32 #define DCI_COEFFICIENT (48.0 / 52.37)
  33
  34 /** Convert an openjpeg XYZ image to RGB.
  35  *  @param xyz_frame Frame in XYZ.
  36  *  @return RGB image.
  37  */
  38 shared_ptr<ARGBFrame>
  39 libdcp::xyz_to_rgb (shared_ptr<const XYZFrame> xyz_frame, shared_ptr<const LUT> lut_in, shared_ptr<const LUT> lut_out)
  40 {
  41         int const max_colour = pow (2, lut_out->bit_depth()) - 1;
  42
  43         struct {
  44                 double x, y, z;
  45         } s;
  46
  47         struct {
  48                 double r, g, b;
  49         } d;
  50
  51         int* xyz_x = xyz_frame->data (0);
  52         int* xyz_y = xyz_frame->data (1);
  53         int* xyz_z = xyz_frame->data (2);
  54
  55         shared_ptr<ARGBFrame> argb_frame (new ARGBFrame (xyz_frame->size ()));
  56
  57         uint8_t* argb = argb_frame->data ();
  58
  59         for (int y = 0; y < xyz_frame->size().height; ++y) {
  60                 uint8_t* argb_line = argb;
  61                 for (int x = 0; x < xyz_frame->size().width; ++x) {
  62
  63                         assert (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
  64
  65                         /* In gamma LUT */
  66                         s.x = lut_in->lut()[*xyz_x++];
  67                         s.y = lut_in->lut()[*xyz_y++];
  68                         s.z = lut_in->lut()[*xyz_z++];
  69
  70                         /* DCI companding */
  71                         s.x /= DCI_COEFFICIENT;
  72                         s.y /= DCI_COEFFICIENT;
  73                         s.z /= DCI_COEFFICIENT;
  74
  75                         /* XYZ to RGB */
  76                         d.r = ((s.x * colour_matrix::xyz_to_rgb[0][0]) + (s.y * colour_matrix::xyz_to_rgb[0][1]) + (s.z * colour_matrix::xyz_to_rgb[0][2]));
  77                         d.g = ((s.x * colour_matrix::xyz_to_rgb[1][0]) + (s.y * colour_matrix::xyz_to_rgb[1][1]) + (s.z * colour_matrix::xyz_to_rgb[1][2]));
  78                         d.b = ((s.x * colour_matrix::xyz_to_rgb[2][0]) + (s.y * colour_matrix::xyz_to_rgb[2][1]) + (s.z * colour_matrix::xyz_to_rgb[2][2]));
  79
  80                         d.r = min (d.r, 1.0);
  81                         d.r = max (d.r, 0.0);
  82
  83                         d.g = min (d.g, 1.0);
  84                         d.g = max (d.g, 0.0);
  85
  86                         d.b = min (d.b, 1.0);
  87                         d.b = max (d.b, 0.0);
  88
  89                         /* Out gamma LUT */
  90                         *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.b * max_colour)] * 0xff;
  91                         *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.g * max_colour)] * 0xff;
  92                         *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.r * max_colour)] * 0xff;
  93                         *argb_line++ = 0xff;
  94                 }
  95
  96                 argb += argb_frame->stride ();
  97         }
  98
  99         return argb_frame;
 100 }
 101
 102 /** Image must be packed RGB 16:16:16, 48bpp, 16R, 16G, 16B, with the 2-byte value for each R/G/B component stored as little-endian;
 103  *  i.e. AV_PIX_FMT_RGB48LE.
 104  */
 105 shared_ptr<libdcp::XYZFrame>
 106 libdcp::rgb_to_xyz (shared_ptr<const Image> rgb, shared_ptr<const LUT> lut_in, shared_ptr<const LUT> lut_out, double const colour_matrix[3][3])
 107 {
 108         assert (lut_in->bit_depth() == 12);
 109         assert (lut_out->bit_depth() == 16);
 110
 111         shared_ptr<XYZFrame> xyz (new XYZFrame (rgb->size ()));
 112
 113         struct {
 114                 double r, g, b;
 115         } s;
 116
 117         struct {
 118                 double x, y, z;
 119         } d;
 120
 121         int jn = 0;
 122         for (int y = 0; y < rgb->size().height; ++y) {
 123                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t *> (rgb->data()[0] + y * rgb->stride()[0]);
 124                 for (int x = 0; x < rgb->size().width; ++x) {
 125
 126                         /* In gamma LUT (truncating 16-bit to 12-bit) */
 127                         s.r = lut_in->lut()[*p++ >> 4];
 128                         s.g = lut_in->lut()[*p++ >> 4];
 129                         s.b = lut_in->lut()[*p++ >> 4];
 130
 131                         /* RGB to XYZ Matrix */
 132                         d.x = ((s.r * colour_matrix[0][0]) +
 133                                (s.g * colour_matrix[0][1]) +
 134                                (s.b * colour_matrix[0][2]));
 135
 136                         d.y = ((s.r * colour_matrix[1][0]) +
 137                                (s.g * colour_matrix[1][1]) +
 138                                (s.b * colour_matrix[1][2]));
 139
 140                         d.z = ((s.r * colour_matrix[2][0]) +
 141                                (s.g * colour_matrix[2][1]) +
 142                                (s.b * colour_matrix[2][2]));
 143
 144                         /* DCI companding */
 145                         d.x = d.x * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 146                         d.y = d.y * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 147                         d.z = d.z * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 148
 149                         assert (d.x >= 0 && d.x < 65536);
 150                         assert (d.y >= 0 && d.y < 65536);
 151                         assert (d.z >= 0 && d.z < 65536);
 152
 153                         /* Out gamma LUT */
 154                         xyz->data(0)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.x] * 4096;
 155                         xyz->data(1)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.y] * 4096;
 156                         xyz->data(2)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.z] * 4096;
 157
 158                         ++jn;
 159                 }
 160         }
 161
 162         return xyz;
 163 }
 164
 165 /** Image must be packed RGB 16:16:16, 48bpp, 16R, 16G, 16B, with the 2-byte value for each R/G/B component stored as little-endian;
 166  *  i.e. AV_PIX_FMT_RGB48LE.
 167  */
 168 shared_ptr<libdcp::XYZFrame>
 169 libdcp::xyz_to_xyz (shared_ptr<const Image> xyz_16)
 170 {
 171         shared_ptr<XYZFrame> xyz_12 (new XYZFrame (xyz_16->size ()));
 172
 173         int jn = 0;
 174         for (int y = 0; y < xyz_16->size().height; ++y) {
 175                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t *> (xyz_16->data()[0] + y * xyz_16->stride()[0]);
 176                 for (int x = 0; x < xyz_16->size().width; ++x) {
 177                         /* Truncate 16-bit to 12-bit */
 178                         xyz_12->data(0)[jn] = *p++ >> 4;
 179                         xyz_12->data(1)[jn] = *p++ >> 4;
 180                         xyz_12->data(2)[jn] = *p++ >> 4;
 181                         ++jn;
 182                 }
 183         }
 184
 185         return xyz_12;
 186 }