Fix build on old GCC.
[libdcp.git] / src / rgb_xyz.cc
index 92997441f14beb7480d2cb5db9fc57bd7eeb19cc..a8766b8e4000a565db972964ef1dda0263f91ab8 100644 (file)
 /*
-    Copyright (C) 2013-2014 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
+    Copyright (C) 2013-2021 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
 
-    This program is free software; you can redistribute it and/or modify
+    This file is part of libdcp.
+
+    libdcp is free software; you can redistribute it and/or modify
     it under the terms of the GNU General Public License as published by
     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
     (at your option) any later version.
 
-    This program is distributed in the hope that it will be useful,
+    libdcp is distributed in the hope that it will be useful,
     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
     GNU General Public License for more details.
 
     You should have received a copy of the GNU General Public License
-    along with this program; if not, write to the Free Software
-    Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
+    along with libdcp.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
+
+    In addition, as a special exception, the copyright holders give
+    permission to link the code of portions of this program with the
+    OpenSSL library under certain conditions as described in each
+    individual source file, and distribute linked combinations
+    including the two.
 
+    You must obey the GNU General Public License in all respects
+    for all of the code used other than OpenSSL.  If you modify
+    file(s) with this exception, you may extend this exception to your
+    version of the file(s), but you are not obligated to do so.  If you
+    do not wish to do so, delete this exception statement from your
+    version.  If you delete this exception statement from all source
+    files in the program, then also delete it here.
 */
 
+
+/** @file  rgb_xyz.cc
+ *  @brief Conversion between RGB and XYZ
+ */
+
+
+#include "colour_conversion.h"
+#include "compose.hpp"
+#include "dcp_assert.h"
+#include "openjpeg_image.h"
 #include "rgb_xyz.h"
-#include "argb_frame.h"
-#include "xyz_frame.h"
-#include "gamma_lut.h"
-#include "image.h"
-#include "colour_matrix.h"
+#include "transfer_function.h"
+#include <cmath>
 
-using std::min;
+
+using std::cout;
+using std::make_shared;
 using std::max;
-using boost::shared_ptr;
+using std::min;
+using std::shared_ptr;
+using boost::optional;
 using namespace dcp;
 
-#define DCI_COEFFICIENT (48.0 / 52.37)
 
-/** Convert an openjpeg XYZ image to RGB.
- *  @param xyz_frame Frame in XYZ.
- *  @param lut_in Input Gamma LUT to use.
- *  @param lut_out Output Gamma LUT to use.
- *  @return RGB image.
- */
-shared_ptr<ARGBFrame>
-dcp::xyz_to_rgb (
-       boost::shared_ptr<const XYZFrame> xyz_frame,
-       boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_in,
-       boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_out
+static auto constexpr DCI_COEFFICIENT = 48.0 / 52.37;
+
+
+void
+dcp::xyz_to_rgba (
+       std::shared_ptr<const OpenJPEGImage> xyz_image,
+       ColourConversion const & conversion,
+       uint8_t* argb,
+       int stride
        )
 {
-       int const max_colour = pow (2, lut_out->bit_depth()) - 1;
+       int const max_colour = pow (2, 16) - 1;
 
        struct {
                double x, y, z;
        } s;
-       
+
        struct {
                double r, g, b;
        } d;
-       
-       int* xyz_x = xyz_frame->data (0);
-       int* xyz_y = xyz_frame->data (1);
-       int* xyz_z = xyz_frame->data (2);
 
-       shared_ptr<ARGBFrame> argb_frame (new ARGBFrame (xyz_frame->size ()));
+       int* xyz_x = xyz_image->data (0);
+       int* xyz_y = xyz_image->data (1);
+       int* xyz_z = xyz_image->data (2);
+
+       double const * lut_in = conversion.out()->lut (12, false);
+       double const * lut_out = conversion.in()->lut (16, true);
+       boost::numeric::ublas::matrix<double> const matrix = conversion.xyz_to_rgb ();
+
+       double fast_matrix[9] = {
+               matrix (0, 0), matrix (0, 1), matrix (0, 2),
+               matrix (1, 0), matrix (1, 1), matrix (1, 2),
+               matrix (2, 0), matrix (2, 1), matrix (2, 2)
+       };
 
-       uint8_t* argb = argb_frame->data ();
-       
-       for (int y = 0; y < xyz_frame->size().height; ++y) {
+       int const height = xyz_image->size().height;
+       int const width = xyz_image->size().width;
+
+       for (int y = 0; y < height; ++y) {
                uint8_t* argb_line = argb;
-               for (int x = 0; x < xyz_frame->size().width; ++x) {
+               for (int x = 0; x < width; ++x) {
+
+                       DCP_ASSERT (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
 
-                       assert (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
-                       
                        /* In gamma LUT */
-                       s.x = lut_in->lut()[*xyz_x++];
-                       s.y = lut_in->lut()[*xyz_y++];
-                       s.z = lut_in->lut()[*xyz_z++];
+                       s.x = lut_in[*xyz_x++];
+                       s.y = lut_in[*xyz_y++];
+                       s.z = lut_in[*xyz_z++];
 
                        /* DCI companding */
                        s.x /= DCI_COEFFICIENT;
@@ -79,44 +110,163 @@ dcp::xyz_to_rgb (
                        s.z /= DCI_COEFFICIENT;
 
                        /* XYZ to RGB */
-                       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]));
-                       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]));
-                       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]));
-                       
+                       d.r = ((s.x * fast_matrix[0]) + (s.y * fast_matrix[1]) + (s.z * fast_matrix[2]));
+                       d.g = ((s.x * fast_matrix[3]) + (s.y * fast_matrix[4]) + (s.z * fast_matrix[5]));
+                       d.b = ((s.x * fast_matrix[6]) + (s.y * fast_matrix[7]) + (s.z * fast_matrix[8]));
+
                        d.r = min (d.r, 1.0);
                        d.r = max (d.r, 0.0);
-                       
+
                        d.g = min (d.g, 1.0);
                        d.g = max (d.g, 0.0);
-                       
+
                        d.b = min (d.b, 1.0);
                        d.b = max (d.b, 0.0);
-                       
+
                        /* Out gamma LUT */
-                       *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.b * max_colour)] * 0xff;
-                       *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.g * max_colour)] * 0xff;
-                       *argb_line++ = lut_out->lut()[(int) (d.r * max_colour)] * 0xff;
+                       *argb_line++ = lut_out[lrint(d.b * max_colour)] * 0xff;
+                       *argb_line++ = lut_out[lrint(d.g * max_colour)] * 0xff;
+                       *argb_line++ = lut_out[lrint(d.r * max_colour)] * 0xff;
                        *argb_line++ = 0xff;
                }
-               
-               argb += argb_frame->stride ();
+
+               argb += stride;
+       }
+}
+
+
+void
+dcp::xyz_to_rgb (
+       shared_ptr<const OpenJPEGImage> xyz_image,
+       ColourConversion const & conversion,
+       uint8_t* rgb,
+       int stride,
+       optional<NoteHandler> note
+       )
+{
+       struct {
+               double x, y, z;
+       } s;
+
+       struct {
+               double r, g, b;
+       } d;
+
+       /* These should be 12-bit values from 0-4095 */
+       int* xyz_x = xyz_image->data (0);
+       int* xyz_y = xyz_image->data (1);
+       int* xyz_z = xyz_image->data (2);
+
+       double const * lut_in = conversion.out()->lut (12, false);
+       double const * lut_out = conversion.in()->lut (16, true);
+       auto const matrix = conversion.xyz_to_rgb ();
+
+       double fast_matrix[9] = {
+               matrix (0, 0), matrix (0, 1), matrix (0, 2),
+               matrix (1, 0), matrix (1, 1), matrix (1, 2),
+               matrix (2, 0), matrix (2, 1), matrix (2, 2)
+       };
+
+       int const height = xyz_image->size().height;
+       int const width = xyz_image->size().width;
+
+       for (int y = 0; y < height; ++y) {
+               auto rgb_line = reinterpret_cast<uint16_t*> (rgb + y * stride);
+               for (int x = 0; x < width; ++x) {
+
+                       int cx = *xyz_x++;
+                       int cy = *xyz_y++;
+                       int cz = *xyz_z++;
+
+                       if (cx < 0 || cx > 4095) {
+                               if (note) {
+                                       note.get()(NoteType::NOTE, String::compose("XYZ value %1 out of range", cx));
+                               }
+                               cx = max (min (cx, 4095), 0);
+                       }
+
+                       if (cy < 0 || cy > 4095) {
+                               if (note) {
+                                       note.get()(NoteType::NOTE, String::compose("XYZ value %1 out of range", cy));
+                               }
+                               cy = max (min (cy, 4095), 0);
+                       }
+
+                       if (cz < 0 || cz > 4095) {
+                               if (note) {
+                                       note.get()(NoteType::NOTE, String::compose("XYZ value %1 out of range", cz));
+                               }
+                               cz = max (min (cz, 4095), 0);
+                       }
+
+                       /* In gamma LUT */
+                       s.x = lut_in[cx];
+                       s.y = lut_in[cy];
+                       s.z = lut_in[cz];
+
+                       /* DCI companding */
+                       s.x /= DCI_COEFFICIENT;
+                       s.y /= DCI_COEFFICIENT;
+                       s.z /= DCI_COEFFICIENT;
+
+                       /* XYZ to RGB */
+                       d.r = ((s.x * fast_matrix[0]) + (s.y * fast_matrix[1]) + (s.z * fast_matrix[2]));
+                       d.g = ((s.x * fast_matrix[3]) + (s.y * fast_matrix[4]) + (s.z * fast_matrix[5]));
+                       d.b = ((s.x * fast_matrix[6]) + (s.y * fast_matrix[7]) + (s.z * fast_matrix[8]));
+
+                       d.r = min (d.r, 1.0);
+                       d.r = max (d.r, 0.0);
+
+                       d.g = min (d.g, 1.0);
+                       d.g = max (d.g, 0.0);
+
+                       d.b = min (d.b, 1.0);
+                       d.b = max (d.b, 0.0);
+
+                       *rgb_line++ = lrint(lut_out[lrint(d.r * 65535)] * 65535);
+                       *rgb_line++ = lrint(lut_out[lrint(d.g * 65535)] * 65535);
+                       *rgb_line++ = lrint(lut_out[lrint(d.b * 65535)] * 65535);
+               }
        }
+}
 
-       return argb_frame;
+void
+dcp::combined_rgb_to_xyz (ColourConversion const & conversion, double* matrix)
+{
+       auto const rgb_to_xyz = conversion.rgb_to_xyz ();
+       auto const bradford = conversion.bradford ();
+
+       matrix[0] = (bradford (0, 0) * rgb_to_xyz (0, 0) + bradford (0, 1) * rgb_to_xyz (1, 0) + bradford (0, 2) * rgb_to_xyz (2, 0))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[1] = (bradford (0, 0) * rgb_to_xyz (0, 1) + bradford (0, 1) * rgb_to_xyz (1, 1) + bradford (0, 2) * rgb_to_xyz (2, 1))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[2] = (bradford (0, 0) * rgb_to_xyz (0, 2) + bradford (0, 1) * rgb_to_xyz (1, 2) + bradford (0, 2) * rgb_to_xyz (2, 2))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[3] = (bradford (1, 0) * rgb_to_xyz (0, 0) + bradford (1, 1) * rgb_to_xyz (1, 0) + bradford (1, 2) * rgb_to_xyz (2, 0))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[4] = (bradford (1, 0) * rgb_to_xyz (0, 1) + bradford (1, 1) * rgb_to_xyz (1, 1) + bradford (1, 2) * rgb_to_xyz (2, 1))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[5] = (bradford (1, 0) * rgb_to_xyz (0, 2) + bradford (1, 1) * rgb_to_xyz (1, 2) + bradford (1, 2) * rgb_to_xyz (2, 2))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[6] = (bradford (2, 0) * rgb_to_xyz (0, 0) + bradford (2, 1) * rgb_to_xyz (1, 0) + bradford (2, 2) * rgb_to_xyz (2, 0))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[7] = (bradford (2, 0) * rgb_to_xyz (0, 1) + bradford (2, 1) * rgb_to_xyz (1, 1) + bradford (2, 2) * rgb_to_xyz (2, 1))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
+       matrix[8] = (bradford (2, 0) * rgb_to_xyz (0, 2) + bradford (2, 1) * rgb_to_xyz (1, 2) + bradford (2, 2) * rgb_to_xyz (2, 2))
+               * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 }
 
-shared_ptr<dcp::XYZFrame>
+
+shared_ptr<dcp::OpenJPEGImage>
 dcp::rgb_to_xyz (
-       boost::shared_ptr<const Image> rgb,
-       boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_in,
-       boost::shared_ptr<const GammaLUT> lut_out,
-       double const colour_matrix[3][3]
+       uint8_t const * rgb,
+       dcp::Size size,
+       int stride,
+       ColourConversion const & conversion,
+       optional<NoteHandler> note
        )
 {
-       assert (lut_in->bit_depth() == 12);
-       assert (lut_out->bit_depth() == 16);
-       
-       shared_ptr<XYZFrame> xyz (new XYZFrame (rgb->size ()));
+       auto xyz = make_shared<OpenJPEGImage>(size);
 
        struct {
                double r, g, b;
@@ -126,46 +276,54 @@ dcp::rgb_to_xyz (
                double x, y, z;
        } d;
 
-       int jn = 0;
-       for (int y = 0; y < rgb->size().height; ++y) {
-               uint8_t* p = rgb->data()[0] + y * rgb->stride()[0];
-               for (int x = 0; x < rgb->size().width; ++x) {
-
-                       /* In gamma LUT (converting 8-bit input to 12-bit) */
-                       s.r = lut_in->lut()[*p++ << 4];
-                       s.g = lut_in->lut()[*p++ << 4];
-                       s.b = lut_in->lut()[*p++ << 4];
-                       
-                       /* RGB to XYZ Matrix */
-                       d.x = ((s.r * colour_matrix[0][0]) +
-                              (s.g * colour_matrix[0][1]) +
-                              (s.b * colour_matrix[0][2]));
-                       
-                       d.y = ((s.r * colour_matrix[1][0]) +
-                              (s.g * colour_matrix[1][1]) +
-                              (s.b * colour_matrix[1][2]));
-                       
-                       d.z = ((s.r * colour_matrix[2][0]) +
-                              (s.g * colour_matrix[2][1]) +
-                              (s.b * colour_matrix[2][2]));
-                       
-                       /* DCI companding */
-                       d.x = d.x * DCI_COEFFICIENT * 65535;
-                       d.y = d.y * DCI_COEFFICIENT * 65535;
-                       d.z = d.z * DCI_COEFFICIENT * 65535;
-
-                       assert (d.x >= 0 && d.x < 65536);
-                       assert (d.y >= 0 && d.y < 65536);
-                       assert (d.z >= 0 && d.z < 65536);
-                       
-                       /* Out gamma LUT */
-                       xyz->data(0)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.x] * 4096;
-                       xyz->data(1)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.y] * 4096;
-                       xyz->data(2)[jn] = lut_out->lut()[(int) d.z] * 4096;
+       auto const * lut_in = conversion.in()->lut (12, false);
+       auto const * lut_out = conversion.out()->lut (16, true);
 
-                       ++jn;
+       /* This is is the product of the RGB to XYZ matrix, the Bradford transform and the DCI companding */
+       double fast_matrix[9];
+       combined_rgb_to_xyz (conversion, fast_matrix);
+
+       int clamped = 0;
+       int* xyz_x = xyz->data (0);
+       int* xyz_y = xyz->data (1);
+       int* xyz_z = xyz->data (2);
+       for (int y = 0; y < size.height; ++y) {
+               auto p = reinterpret_cast<uint16_t const *> (rgb + y * stride);
+               for (int x = 0; x < size.width; ++x) {
+
+                       /* In gamma LUT (converting 16-bit to 12-bit) */
+                       s.r = lut_in[*p++ >> 4];
+                       s.g = lut_in[*p++ >> 4];
+                       s.b = lut_in[*p++ >> 4];
+
+                       /* RGB to XYZ, Bradford transform and DCI companding */
+                       d.x = s.r * fast_matrix[0] + s.g * fast_matrix[1] + s.b * fast_matrix[2];
+                       d.y = s.r * fast_matrix[3] + s.g * fast_matrix[4] + s.b * fast_matrix[5];
+                       d.z = s.r * fast_matrix[6] + s.g * fast_matrix[7] + s.b * fast_matrix[8];
+
+                       /* Clamp */
+
+                       if (d.x < 0 || d.y < 0 || d.z < 0 || d.x > 65535 || d.y > 65535 || d.z > 65535) {
+                               ++clamped;
+                       }
+
+                       d.x = max (0.0, d.x);
+                       d.y = max (0.0, d.y);
+                       d.z = max (0.0, d.z);
+                       d.x = min (65535.0, d.x);
+                       d.y = min (65535.0, d.y);
+                       d.z = min (65535.0, d.z);
+
+                       /* Out gamma LUT */
+                       *xyz_x++ = lrint (lut_out[lrint(d.x)] * 4095);
+                       *xyz_y++ = lrint (lut_out[lrint(d.y)] * 4095);
+                       *xyz_z++ = lrint (lut_out[lrint(d.z)] * 4095);
                }
        }
 
+       if (clamped && note) {
+               note.get()(NoteType::NOTE, String::compose("%1 XYZ value(s) clamped", clamped));
+       }
+
        return xyz;
 }