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