src/rgb_xyz.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2013-2014 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 #include <cmath>
  27
  28 using std::min;
  29 using std::max;
  30 using boost::shared_ptr;
  31 using namespace dcp;
  32
  33 #define DCI_COEFFICIENT (48.0 / 52.37)
  34
  35 /** Convert an openjpeg XYZ image to RGBA.
  36  *  @param xyz_frame Frame in XYZ.
  37  *  @param lut_in Input Gamma LUT to use.
  38  *  @param lut_out Output Gamma LUT to use.
  39  *  @return RGB image.
  40  */
  41 shared_ptr<ARGBFrame>
  42 dcp::xyz_to_rgba (
  43         boost::shared_ptr<const XYZFrame> xyz_frame,
  44         boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_in,
  45         boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_out
  46         )
  47 {
  48         int const max_colour = pow (2, lut_out->bit_depth()) - 1;
  49
  50         struct {
  51                 double x, y, z;
  52         } s;
  53
  54         struct {
  55                 double r, g, b;
  56         } d;
  57
  58         int* xyz_x = xyz_frame->data (0);
  59         int* xyz_y = xyz_frame->data (1);
  60         int* xyz_z = xyz_frame->data (2);
  61
  62         shared_ptr<ARGBFrame> argb_frame (new ARGBFrame (xyz_frame->size ()));
  63
  64         uint8_t* argb = argb_frame->data ();
  65
  66         for (int y = 0; y < xyz_frame->size().height; ++y) {
  67                 uint8_t* argb_line = argb;
  68                 for (int x = 0; x < xyz_frame->size().width; ++x) {
  69
  70                         assert (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
  71
  72                         /* In gamma LUT */
  73                         s.x = lut_in->lut()[*xyz_x++];
  74                         s.y = lut_in->lut()[*xyz_y++];
  75                         s.z = lut_in->lut()[*xyz_z++];
  76
  77                         /* DCI companding */
  78                         s.x /= DCI_COEFFICIENT;
  79                         s.y /= DCI_COEFFICIENT;
  80                         s.z /= DCI_COEFFICIENT;
  81
  82                         /* XYZ to RGB */
  83                         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]));
  84                         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]));
  85                         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]));
  86
  87                         d.r = min (d.r, 1.0);
  88                         d.r = max (d.r, 0.0);
  89
  90                         d.g = min (d.g, 1.0);
  91                         d.g = max (d.g, 0.0);
  92
  93                         d.b = min (d.b, 1.0);
  94                         d.b = max (d.b, 0.0);
  95
  96                         /* Out gamma LUT */
  97                         *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.b * max_colour)] * 0xff;
  98                         *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.g * max_colour)] * 0xff;
  99                         *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.r * max_colour)] * 0xff;
 100                         *argb_line++ = 0xff;
 101                 }
 102
 103                 argb += argb_frame->stride ();
 104         }
 105
 106         return argb_frame;
 107 }
 108
 109 /** Convert an openjpeg XYZ image to RGB.
 110  *  @param xyz_frame Frame in XYZ.
 111  *  @param lut_in Input Gamma LUT to use.
 112  *  @param lut_out Output Gamma LUT to use.
 113  *  @param buffer Buffer to write RGB data to; will be written
 114  *  as one byte R, one byte G, one byte B, one byte R etc. with
 115  *  no padding at line ends.
 116  */
 117 void
 118 dcp::xyz_to_rgb (
 119         boost::shared_ptr<const XYZFrame> xyz_frame,
 120         boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_in,
 121         boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_out,
 122         uint8_t* buffer
 123         )
 124 {
 125         int const max_colour = pow (2, lut_out->bit_depth()) - 1;
 126
 127         struct {
 128                 double x, y, z;
 129         } s;
 130
 131         struct {
 132                 double r, g, b;
 133         } d;
 134
 135         int* xyz_x = xyz_frame->data (0);
 136         int* xyz_y = xyz_frame->data (1);
 137         int* xyz_z = xyz_frame->data (2);
 138
 139         for (int y = 0; y < xyz_frame->size().height; ++y) {
 140                 uint8_t* buffer_line = buffer;
 141                 for (int x = 0; x < xyz_frame->size().width; ++x) {
 142
 143                         assert (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
 144
 145                         /* In gamma LUT */
 146                         s.x = lut_in->lut()[*xyz_x++];
 147                         s.y = lut_in->lut()[*xyz_y++];
 148                         s.z = lut_in->lut()[*xyz_z++];
 149
 150                         /* DCI companding */
 151                         s.x /= DCI_COEFFICIENT;
 152                         s.y /= DCI_COEFFICIENT;
 153                         s.z /= DCI_COEFFICIENT;
 154
 155                         /* XYZ to RGB */
 156                         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]));
 157                         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]));
 158                         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]));
 159
 160                         d.r = min (d.r, 1.0);
 161                         d.r = max (d.r, 0.0);
 162
 163                         d.g = min (d.g, 1.0);
 164                         d.g = max (d.g, 0.0);
 165
 166                         d.b = min (d.b, 1.0);
 167                         d.b = max (d.b, 0.0);
 168
 169                         /* Out gamma LUT */
 170                         *buffer_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.r * max_colour)] * 0xff;
 171                         *buffer_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.g * max_colour)] * 0xff;
 172                         *buffer_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.b * max_colour)] * 0xff;
 173                 }
 174
 175                 buffer += xyz_frame->size().width * 3;
 176         }
 177 }
 178
 179 /** rgb 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;
 180  *  i.e. AV_PIX_FMT_RGB48LE.
 181  */
 182 shared_ptr<dcp::XYZFrame>
 183 dcp::rgb_to_xyz (
 184         boost::shared_ptr<const Image> rgb,
 185         boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_in,
 186         boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_out,
 187         double const colour_matrix[3][3]
 188         )
 189 {
 190         assert (lut_in->bit_depth() == 12);
 191         assert (lut_out->bit_depth() == 16);
 192
 193         shared_ptr<XYZFrame> xyz (new XYZFrame (rgb->size ()));
 194
 195         struct {
 196                 double r, g, b;
 197         } s;
 198
 199         struct {
 200                 double x, y, z;
 201         } d;
 202
 203         int jn = 0;
 204         for (int y = 0; y < rgb->size().height; ++y) {
 205                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t *> (rgb->data()[0] + y * rgb->stride()[0]);
 206                 for (int x = 0; x < rgb->size().width; ++x) {
 207
 208                         /* In gamma LUT (converting 16-bit to 12-bit) */
 209                         s.r = lut_in->lut()[*p++ >> 4];
 210                         s.g = lut_in->lut()[*p++ >> 4];
 211                         s.b = lut_in->lut()[*p++ >> 4];
 212
 213                         /* RGB to XYZ Matrix */
 214                         d.x = ((s.r * colour_matrix[0][0]) +
 215                                (s.g * colour_matrix[0][1]) +
 216                                (s.b * colour_matrix[0][2]));
 217
 218                         d.y = ((s.r * colour_matrix[1][0]) +
 219                                (s.g * colour_matrix[1][1]) +
 220                                (s.b * colour_matrix[1][2]));
 221
 222                         d.z = ((s.r * colour_matrix[2][0]) +
 223                                (s.g * colour_matrix[2][1]) +
 224                                (s.b * colour_matrix[2][2]));
 225
 226                         /* DCI companding */
 227                         d.x = d.x * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 228                         d.y = d.y * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 229                         d.z = d.z * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 230
 231                         assert (d.x >= 0 && d.x < 65536);
 232                         assert (d.y >= 0 && d.y < 65536);
 233                         assert (d.z >= 0 && d.z < 65536);
 234
 235                         /* Out gamma LUT */
 236                         xyz->data(0)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.x] * 4096;
 237                         xyz->data(1)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.y] * 4096;
 238                         xyz->data(2)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.z] * 4096;
 239
 240                         ++jn;
 241                 }
 242         }
 243
 244         return xyz;
 245 }
 246
 247
 248 /** 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;
 249  *  i.e. AV_PIX_FMT_RGB48LE.
 250  */
 251 shared_ptr<dcp::XYZFrame>
 252 dcp::xyz_to_xyz (shared_ptr<const Image> xyz_16)
 253 {
 254         shared_ptr<XYZFrame> xyz_12 (new XYZFrame (xyz_16->size ()));
 255
 256         int jn = 0;
 257         for (int y = 0; y < xyz_16->size().height; ++y) {
 258                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t *> (xyz_16->data()[0] + y * xyz_16->stride()[0]);
 259                 for (int x = 0; x < xyz_16->size().width; ++x) {
 260                         /* Truncate 16-bit to 12-bit */
 261                         xyz_12->data(0)[jn] = *p++ >> 4;
 262                         xyz_12->data(1)[jn] = *p++ >> 4;
 263                         xyz_12->data(2)[jn] = *p++ >> 4;
 264                         ++jn;
 265                 }
 266         }
 267
 268         return xyz_12;
 269 }