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