src/lib/image.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012-2016 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This file is part of DCP-o-matic.
   5
   6     DCP-o-matic is free software; you can redistribute it and/or modify
   7     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   9     (at your option) any later version.
  10
  11     DCP-o-matic is distributed in the hope that it will be useful,
  12     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14     GNU General Public License for more details.
  15
  16     You should have received a copy of the GNU General Public License
  17     along with DCP-o-matic.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  18
  19 */
  20
  21 /** @file src/image.cc
  22  *  @brief A class to describe a video image.
  23  */
  24
  25 #include "image.h"
  26 #include "exceptions.h"
  27 #include "timer.h"
  28 #include "rect.h"
  29 #include "util.h"
  30 #include "dcpomatic_socket.h"
  31 #include <dcp/rgb_xyz.h>
  32 #include <dcp/transfer_function.h>
  33 extern "C" {
  34 #include <libswscale/swscale.h>
  35 #include <libavutil/pixfmt.h>
  36 #include <libavutil/pixdesc.h>
  37 #include <libavutil/frame.h>
  38 }
  39 #include <iostream>
  40
  41 #include "i18n.h"
  42
  43 using std::string;
  44 using std::min;
  45 using std::max;
  46 using std::cout;
  47 using std::cerr;
  48 using std::list;
  49 using std::runtime_error;
  50 using boost::shared_ptr;
  51 using dcp::Size;
  52
  53 int
  54 Image::vertical_factor (int n) const
  55 {
  56         if (n == 0) {
  57                 return 1;
  58         }
  59
  60         AVPixFmtDescriptor const * d = av_pix_fmt_desc_get(_pixel_format);
  61         if (!d) {
  62                 throw PixelFormatError ("line_factor()", _pixel_format);
  63         }
  64
  65         return pow (2.0f, d->log2_chroma_h);
  66 }
  67
  68 int
  69 Image::horizontal_factor (int n) const
  70 {
  71         if (n == 0) {
  72                 return 1;
  73         }
  74
  75         AVPixFmtDescriptor const * d = av_pix_fmt_desc_get(_pixel_format);
  76         if (!d) {
  77                 throw PixelFormatError ("sample_size()", _pixel_format);
  78         }
  79
  80         return pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
  81 }
  82
  83 /** @param n Component index.
  84  *  @return Number of samples (i.e. pixels, unless sub-sampled) in each direction for this component.
  85  */
  86 dcp::Size
  87 Image::sample_size (int n) const
  88 {
  89         return dcp::Size (
  90                 lrint (ceil (static_cast<double>(size().width) / horizontal_factor (n))),
  91                 lrint (ceil (static_cast<double>(size().height) / vertical_factor (n)))
  92                 );
  93 }
  94
  95 /** @return Number of planes */
  96 int
  97 Image::planes () const
  98 {
  99         AVPixFmtDescriptor const * d = av_pix_fmt_desc_get(_pixel_format);
 100         if (!d) {
 101                 throw PixelFormatError ("planes()", _pixel_format);
 102         }
 103
 104         if ((d->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_PLANAR) == 0) {
 105                 return 1;
 106         }
 107
 108         return d->nb_components;
 109 }
 110
 111 /** Crop this image, scale it to `inter_size' and then place it in a black frame of `out_size'.
 112  *  @param crop Amount to crop by.
 113  *  @param inter_size Size to scale the cropped image to.
 114  *  @param out_size Size of output frame; if this is larger than inter_size there will be black padding.
 115  *  @param yuv_to_rgb YUV to RGB transformation to use, if required.
 116  *  @param out_format Output pixel format.
 117  *  @param out_aligned true to make the output image aligned.
 118  *  @param fast Try to be fast at the possible expense of quality; at present this means using
 119  *  fast bilinear rather than bicubic scaling.
 120  */
 121 shared_ptr<Image>
 122 Image::crop_scale_window (
 123         Crop crop, dcp::Size inter_size, dcp::Size out_size, dcp::YUVToRGB yuv_to_rgb, AVPixelFormat out_format, bool out_aligned, bool fast
 124         ) const
 125 {
 126         /* Empirical testing suggests that sws_scale() will crash if
 127            the input image is not aligned.
 128         */
 129         DCPOMATIC_ASSERT (aligned ());
 130
 131         DCPOMATIC_ASSERT (out_size.width >= inter_size.width);
 132         DCPOMATIC_ASSERT (out_size.height >= inter_size.height);
 133
 134         /* Here's an image of out_size.  Below we may write to it starting at an offset so we get some padding.
 135            Hence we want to write in the following pattern:
 136
 137            block start   write start                                  line end
 138            |..(padding)..|<------line-size------------->|..(padding)..|
 139            |..(padding)..|<------line-size------------->|..(padding)..|
 140            |..(padding)..|<------line-size------------->|..(padding)..|
 141
 142            where line-size is of the smaller (inter_size) image and the full padded line length is that of
 143            out_size.  To get things to work we have to tell FFmpeg that the stride is that of out_size.
 144            However some parts of FFmpeg (notably rgb48Toxyz12 in swscale.c) process data for the full
 145            specified *stride*.  This does not matter until we get to the last line:
 146
 147            block start   write start                                  line end
 148            |..(padding)..|<------line-size------------->|XXXwrittenXXX|
 149            |XXXwrittenXXX|<------line-size------------->|XXXwrittenXXX|
 150            |XXXwrittenXXX|<------line-size------------->|XXXwrittenXXXXXXwrittenXXX
 151                                                                        ^^^^ out of bounds
 152
 153            To get around this, we ask Image to overallocate its buffers by the overrun.
 154         */
 155
 156         shared_ptr<Image> out (new Image (out_format, out_size, out_aligned, (out_size.width - inter_size.width) / 2));
 157         out->make_black ();
 158
 159         /* Size of the image after any crop */
 160         dcp::Size const cropped_size = crop.apply (size ());
 161
 162         /* Scale context for a scale from cropped_size to inter_size */
 163         struct SwsContext* scale_context = sws_getContext (
 164                         cropped_size.width, cropped_size.height, pixel_format(),
 165                         inter_size.width, inter_size.height, out_format,
 166                         fast ? SWS_FAST_BILINEAR : SWS_BICUBIC, 0, 0, 0
 167                 );
 168
 169         if (!scale_context) {
 170                 throw runtime_error (N_("Could not allocate SwsContext"));
 171         }
 172
 173         DCPOMATIC_ASSERT (yuv_to_rgb < dcp::YUV_TO_RGB_COUNT);
 174         int const lut[dcp::YUV_TO_RGB_COUNT] = {
 175                 SWS_CS_ITU601,
 176                 SWS_CS_ITU709
 177         };
 178
 179         sws_setColorspaceDetails (
 180                 scale_context,
 181                 sws_getCoefficients (lut[yuv_to_rgb]), 0,
 182                 sws_getCoefficients (lut[yuv_to_rgb]), 0,
 183                 0, 1 << 16, 1 << 16
 184                 );
 185
 186         AVPixFmtDescriptor const * desc = av_pix_fmt_desc_get (_pixel_format);
 187         if (!desc) {
 188                 throw PixelFormatError ("crop_scale_window()", _pixel_format);
 189         }
 190
 191         /* Prepare input data pointers with crop */
 192         uint8_t* scale_in_data[planes()];
 193         for (int c = 0; c < planes(); ++c) {
 194                 /* To work out the crop in bytes, start by multiplying
 195                    the crop by the (average) bytes per pixel.  Then
 196                    round down so that we don't crop a subsampled pixel until
 197                    we've cropped all of its Y-channel pixels.
 198                 */
 199                 int const x = lrintf (bytes_per_pixel(c) * crop.left) & ~ ((int) desc->log2_chroma_w);
 200                 scale_in_data[c] = data()[c] + x + stride()[c] * (crop.top / vertical_factor(c));
 201         }
 202
 203         /* Corner of the image within out_size */
 204         Position<int> const corner ((out_size.width - inter_size.width) / 2, (out_size.height - inter_size.height) / 2);
 205
 206         uint8_t* scale_out_data[out->planes()];
 207         for (int c = 0; c < out->planes(); ++c) {
 208                 scale_out_data[c] = out->data()[c] + lrintf (out->bytes_per_pixel(c) * corner.x) + out->stride()[c] * (corner.y / out->vertical_factor(c));
 209         }
 210
 211         sws_scale (
 212                 scale_context,
 213                 scale_in_data, stride(),
 214                 0, cropped_size.height,
 215                 scale_out_data, out->stride()
 216                 );
 217
 218         sws_freeContext (scale_context);
 219
 220         return out;
 221 }
 222
 223 shared_ptr<Image>
 224 Image::convert_pixel_format (dcp::YUVToRGB yuv_to_rgb, AVPixelFormat out_format, bool out_aligned, bool fast) const
 225 {
 226         return scale(size(), yuv_to_rgb, out_format, out_aligned, fast);
 227 }
 228
 229 /** @param out_size Size to scale to.
 230  *  @param yuv_to_rgb YUVToRGB transform transform to use, if required.
 231  *  @param out_format Output pixel format.
 232  *  @param out_aligned true to make an aligned output image.
 233  *  @param fast Try to be fast at the possible expense of quality; at present this means using
 234  *  fast bilinear rather than bicubic scaling.
 235  */
 236 shared_ptr<Image>
 237 Image::scale (dcp::Size out_size, dcp::YUVToRGB yuv_to_rgb, AVPixelFormat out_format, bool out_aligned, bool fast) const
 238 {
 239         /* Empirical testing suggests that sws_scale() will crash if
 240            the input image is not aligned.
 241         */
 242         DCPOMATIC_ASSERT (aligned ());
 243
 244         shared_ptr<Image> scaled (new Image (out_format, out_size, out_aligned));
 245
 246         struct SwsContext* scale_context = sws_getContext (
 247                 size().width, size().height, pixel_format(),
 248                 out_size.width, out_size.height, out_format,
 249                 fast ? SWS_FAST_BILINEAR : SWS_BICUBIC, 0, 0, 0
 250                 );
 251
 252         DCPOMATIC_ASSERT (yuv_to_rgb < dcp::YUV_TO_RGB_COUNT);
 253         int const lut[dcp::YUV_TO_RGB_COUNT] = {
 254                 SWS_CS_ITU601,
 255                 SWS_CS_ITU709
 256         };
 257
 258         sws_setColorspaceDetails (
 259                 scale_context,
 260                 sws_getCoefficients (lut[yuv_to_rgb]), 0,
 261                 sws_getCoefficients (lut[yuv_to_rgb]), 0,
 262                 0, 1 << 16, 1 << 16
 263                 );
 264
 265         sws_scale (
 266                 scale_context,
 267                 data(), stride(),
 268                 0, size().height,
 269                 scaled->data(), scaled->stride()
 270                 );
 271
 272         sws_freeContext (scale_context);
 273
 274         return scaled;
 275 }
 276
 277 /** Blacken a YUV image whose bits per pixel is rounded up to 16 */
 278 void
 279 Image::yuv_16_black (uint16_t v, bool alpha)
 280 {
 281         memset (data()[0], 0, sample_size(0).height * stride()[0]);
 282         for (int i = 1; i < 3; ++i) {
 283                 int16_t* p = reinterpret_cast<int16_t*> (data()[i]);
 284                 int const lines = sample_size(i).height;
 285                 for (int y = 0; y < lines; ++y) {
 286                         /* We divide by 2 here because we are writing 2 bytes at a time */
 287                         for (int x = 0; x < line_size()[i] / 2; ++x) {
 288                                 p[x] = v;
 289                         }
 290                         p += stride()[i] / 2;
 291                 }
 292         }
 293
 294         if (alpha) {
 295                 memset (data()[3], 0, sample_size(3).height * stride()[3]);
 296         }
 297 }
 298
 299 uint16_t
 300 Image::swap_16 (uint16_t v)
 301 {
 302         return ((v >> 8) & 0xff) | ((v & 0xff) << 8);
 303 }
 304
 305 void
 306 Image::make_black ()
 307 {
 308         /* U/V black value for 8-bit colour */
 309         static uint8_t const eight_bit_uv =     (1 << 7) - 1;
 310         /* U/V black value for 9-bit colour */
 311         static uint16_t const nine_bit_uv =     (1 << 8) - 1;
 312         /* U/V black value for 10-bit colour */
 313         static uint16_t const ten_bit_uv =      (1 << 9) - 1;
 314         /* U/V black value for 16-bit colour */
 315         static uint16_t const sixteen_bit_uv =  (1 << 15) - 1;
 316
 317         switch (_pixel_format) {
 318         case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 319         case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 320         case AV_PIX_FMT_YUV444P:
 321         case AV_PIX_FMT_YUV411P:
 322                 memset (data()[0], 0, sample_size(0).height * stride()[0]);
 323                 memset (data()[1], eight_bit_uv, sample_size(1).height * stride()[1]);
 324                 memset (data()[2], eight_bit_uv, sample_size(2).height * stride()[2]);
 325                 break;
 326
 327         case AV_PIX_FMT_YUVJ420P:
 328         case AV_PIX_FMT_YUVJ422P:
 329         case AV_PIX_FMT_YUVJ444P:
 330                 memset (data()[0], 0, sample_size(0).height * stride()[0]);
 331                 memset (data()[1], eight_bit_uv + 1, sample_size(1).height * stride()[1]);
 332                 memset (data()[2], eight_bit_uv + 1, sample_size(2).height * stride()[2]);
 333                 break;
 334
 335         case AV_PIX_FMT_YUV422P9LE:
 336         case AV_PIX_FMT_YUV444P9LE:
 337                 yuv_16_black (nine_bit_uv, false);
 338                 break;
 339
 340         case AV_PIX_FMT_YUV422P9BE:
 341         case AV_PIX_FMT_YUV444P9BE:
 342                 yuv_16_black (swap_16 (nine_bit_uv), false);
 343                 break;
 344
 345         case AV_PIX_FMT_YUV422P10LE:
 346         case AV_PIX_FMT_YUV444P10LE:
 347                 yuv_16_black (ten_bit_uv, false);
 348                 break;
 349
 350         case AV_PIX_FMT_YUV422P16LE:
 351         case AV_PIX_FMT_YUV444P16LE:
 352                 yuv_16_black (sixteen_bit_uv, false);
 353                 break;
 354
 355         case AV_PIX_FMT_YUV444P10BE:
 356         case AV_PIX_FMT_YUV422P10BE:
 357                 yuv_16_black (swap_16 (ten_bit_uv), false);
 358                 break;
 359
 360         case AV_PIX_FMT_YUVA420P9BE:
 361         case AV_PIX_FMT_YUVA422P9BE:
 362         case AV_PIX_FMT_YUVA444P9BE:
 363                 yuv_16_black (swap_16 (nine_bit_uv), true);
 364                 break;
 365
 366         case AV_PIX_FMT_YUVA420P9LE:
 367         case AV_PIX_FMT_YUVA422P9LE:
 368         case AV_PIX_FMT_YUVA444P9LE:
 369                 yuv_16_black (nine_bit_uv, true);
 370                 break;
 371
 372         case AV_PIX_FMT_YUVA420P10BE:
 373         case AV_PIX_FMT_YUVA422P10BE:
 374         case AV_PIX_FMT_YUVA444P10BE:
 375                 yuv_16_black (swap_16 (ten_bit_uv), true);
 376                 break;
 377
 378         case AV_PIX_FMT_YUVA420P10LE:
 379         case AV_PIX_FMT_YUVA422P10LE:
 380         case AV_PIX_FMT_YUVA444P10LE:
 381                 yuv_16_black (ten_bit_uv, true);
 382                 break;
 383
 384         case AV_PIX_FMT_YUVA420P16BE:
 385         case AV_PIX_FMT_YUVA422P16BE:
 386         case AV_PIX_FMT_YUVA444P16BE:
 387                 yuv_16_black (swap_16 (sixteen_bit_uv), true);
 388                 break;
 389
 390         case AV_PIX_FMT_YUVA420P16LE:
 391         case AV_PIX_FMT_YUVA422P16LE:
 392         case AV_PIX_FMT_YUVA444P16LE:
 393                 yuv_16_black (sixteen_bit_uv, true);
 394                 break;
 395
 396         case AV_PIX_FMT_RGB24:
 397         case AV_PIX_FMT_ARGB:
 398         case AV_PIX_FMT_RGBA:
 399         case AV_PIX_FMT_ABGR:
 400         case AV_PIX_FMT_BGRA:
 401         case AV_PIX_FMT_RGB555LE:
 402         case AV_PIX_FMT_RGB48LE:
 403         case AV_PIX_FMT_RGB48BE:
 404         case AV_PIX_FMT_XYZ12LE:
 405                 memset (data()[0], 0, sample_size(0).height * stride()[0]);
 406                 break;
 407
 408         case AV_PIX_FMT_UYVY422:
 409         {
 410                 int const Y = sample_size(0).height;
 411                 int const X = line_size()[0];
 412                 uint8_t* p = data()[0];
 413                 for (int y = 0; y < Y; ++y) {
 414                         for (int x = 0; x < X / 4; ++x) {
 415                                 *p++ = eight_bit_uv; // Cb
 416                                 *p++ = 0;            // Y0
 417                                 *p++ = eight_bit_uv; // Cr
 418                                 *p++ = 0;            // Y1
 419                         }
 420                 }
 421                 break;
 422         }
 423
 424         default:
 425                 throw PixelFormatError ("make_black()", _pixel_format);
 426         }
 427 }
 428
 429 void
 430 Image::make_transparent ()
 431 {
 432         if (_pixel_format != AV_PIX_FMT_BGRA) {
 433                 throw PixelFormatError ("make_transparent()", _pixel_format);
 434         }
 435
 436         memset (data()[0], 0, sample_size(0).height * stride()[0]);
 437 }
 438
 439 void
 440 Image::alpha_blend (shared_ptr<const Image> other, Position<int> position)
 441 {
 442         /* We're blending BGRA images; first byte is blue, second byte is green, third byte red, fourth byte alpha */
 443         DCPOMATIC_ASSERT (other->pixel_format() == AV_PIX_FMT_BGRA);
 444         int const other_bpp = 4;
 445
 446         int start_tx = position.x;
 447         int start_ox = 0;
 448
 449         if (start_tx < 0) {
 450                 start_ox = -start_tx;
 451                 start_tx = 0;
 452         }
 453
 454         int start_ty = position.y;
 455         int start_oy = 0;
 456
 457         if (start_ty < 0) {
 458                 start_oy = -start_ty;
 459                 start_ty = 0;
 460         }
 461
 462         switch (_pixel_format) {
 463         case AV_PIX_FMT_RGB24:
 464         {
 465                 /* Going onto RGB24.  First byte is red, second green, third blue */
 466                 int const this_bpp = 3;
 467                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 468                         uint8_t* tp = data()[0] + ty * stride()[0] + start_tx * this_bpp;
 469                         uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 470                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 471                                 float const alpha = float (op[3]) / 255;
 472                                 tp[0] = op[2] * alpha + tp[0] * (1 - alpha);
 473                                 tp[1] = op[1] * alpha + tp[1] * (1 - alpha);
 474                                 tp[2] = op[0] * alpha + tp[2] * (1 - alpha);
 475
 476                                 tp += this_bpp;
 477                                 op += other_bpp;
 478                         }
 479                 }
 480                 break;
 481         }
 482         case AV_PIX_FMT_BGRA:
 483         {
 484                 int const this_bpp = 4;
 485                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 486                         uint8_t* tp = data()[0] + ty * stride()[0] + start_tx * this_bpp;
 487                         uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 488                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 489                                 float const alpha = float (op[3]) / 255;
 490                                 tp[0] = op[0] * alpha + tp[0] * (1 - alpha);
 491                                 tp[1] = op[1] * alpha + tp[1] * (1 - alpha);
 492                                 tp[2] = op[2] * alpha + tp[2] * (1 - alpha);
 493                                 tp[3] = op[3] * alpha + tp[3] * (1 - alpha);
 494
 495                                 tp += this_bpp;
 496                                 op += other_bpp;
 497                         }
 498                 }
 499                 break;
 500         }
 501         case AV_PIX_FMT_RGBA:
 502         {
 503                 int const this_bpp = 4;
 504                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 505                         uint8_t* tp = data()[0] + ty * stride()[0] + start_tx * this_bpp;
 506                         uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 507                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 508                                 float const alpha = float (op[3]) / 255;
 509                                 tp[0] = op[2] * alpha + tp[0] * (1 - alpha);
 510                                 tp[1] = op[1] * alpha + tp[1] * (1 - alpha);
 511                                 tp[2] = op[0] * alpha + tp[2] * (1 - alpha);
 512                                 tp[3] = op[3] * alpha + tp[3] * (1 - alpha);
 513
 514                                 tp += this_bpp;
 515                                 op += other_bpp;
 516                         }
 517                 }
 518                 break;
 519         }
 520         case AV_PIX_FMT_RGB48LE:
 521         {
 522                 int const this_bpp = 6;
 523                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 524                         uint8_t* tp = data()[0] + ty * stride()[0] + start_tx * this_bpp;
 525                         uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 526                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 527                                 float const alpha = float (op[3]) / 255;
 528                                 /* Blend high bytes */
 529                                 tp[1] = op[2] * alpha + tp[1] * (1 - alpha);
 530                                 tp[3] = op[1] * alpha + tp[3] * (1 - alpha);
 531                                 tp[5] = op[0] * alpha + tp[5] * (1 - alpha);
 532
 533                                 tp += this_bpp;
 534                                 op += other_bpp;
 535                         }
 536                 }
 537                 break;
 538         }
 539         case AV_PIX_FMT_XYZ12LE:
 540         {
 541                 dcp::ColourConversion conv = dcp::ColourConversion::srgb_to_xyz();
 542                 double fast_matrix[9];
 543                 dcp::combined_rgb_to_xyz (conv, fast_matrix);
 544                 double const * lut_in = conv.in()->lut (8, false);
 545                 double const * lut_out = conv.out()->lut (16, true);
 546                 int const this_bpp = 6;
 547                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 548                         uint16_t* tp = reinterpret_cast<uint16_t*> (data()[0] + ty * stride()[0] + start_tx * this_bpp);
 549                         uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 550                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 551                                 float const alpha = float (op[3]) / 255;
 552
 553                                 /* Convert sRGB to XYZ; op is BGRA.  First, input gamma LUT */
 554                                 double const r = lut_in[op[2]];
 555                                 double const g = lut_in[op[1]];
 556                                 double const b = lut_in[op[0]];
 557
 558                                 /* RGB to XYZ, including Bradford transform and DCI companding */
 559                                 double const x = max (0.0, min (65535.0, r * fast_matrix[0] + g * fast_matrix[1] + b * fast_matrix[2]));
 560                                 double const y = max (0.0, min (65535.0, r * fast_matrix[3] + g * fast_matrix[4] + b * fast_matrix[5]));
 561                                 double const z = max (0.0, min (65535.0, r * fast_matrix[6] + g * fast_matrix[7] + b * fast_matrix[8]));
 562
 563                                 /* Out gamma LUT and blend */
 564                                 tp[0] = lrint(lut_out[lrint(x)] * 65535) * alpha + tp[0] * (1 - alpha);
 565                                 tp[1] = lrint(lut_out[lrint(y)] * 65535) * alpha + tp[1] * (1 - alpha);
 566                                 tp[2] = lrint(lut_out[lrint(z)] * 65535) * alpha + tp[2] * (1 - alpha);
 567
 568                                 tp += this_bpp / 2;
 569                                 op += other_bpp;
 570                         }
 571                 }
 572                 break;
 573         }
 574         case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 575         {
 576                 shared_ptr<Image> yuv = other->convert_pixel_format (dcp::YUV_TO_RGB_REC709, _pixel_format, false, false);
 577                 dcp::Size const ts = size();
 578                 dcp::Size const os = yuv->size();
 579                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < ts.height && oy < os.height; ++ty, ++oy) {
 580                         int const hty = ty / 2;
 581                         int const hoy = oy / 2;
 582                         uint8_t* tY = data()[0] + (ty * stride()[0]) + start_tx;
 583                         uint8_t* tU = data()[1] + (hty * stride()[1]) + start_tx / 2;
 584                         uint8_t* tV = data()[2] + (hty * stride()[2]) + start_tx / 2;
 585                         uint8_t* oY = yuv->data()[0] + (oy * yuv->stride()[0]) + start_ox;
 586                         uint8_t* oU = yuv->data()[1] + (hoy * yuv->stride()[1]) + start_ox / 2;
 587                         uint8_t* oV = yuv->data()[2] + (hoy * yuv->stride()[2]) + start_ox / 2;
 588                         uint8_t* alpha = other->data()[0] + (oy * other->stride()[0]) + start_ox * 4;
 589                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < ts.width && ox < os.width; ++tx, ++ox) {
 590                                 float const a = float(alpha[3]) / 255;
 591                                 *tY = *oY * a + *tY * (1 - a);
 592                                 *tU = *oU * a + *tU * (1 - a);
 593                                 *tV = *oV * a + *tV * (1 - a);
 594                                 ++tY;
 595                                 ++oY;
 596                                 if (tx % 2) {
 597                                         ++tU;
 598                                         ++tV;
 599                                 }
 600                                 if (ox % 2) {
 601                                         ++oU;
 602                                         ++oV;
 603                                 }
 604                                 alpha += 4;
 605                         }
 606                 }
 607                 break;
 608         }
 609         case AV_PIX_FMT_YUV420P10:
 610         {
 611                 shared_ptr<Image> yuv = other->convert_pixel_format (dcp::YUV_TO_RGB_REC709, _pixel_format, false, false);
 612                 dcp::Size const ts = size();
 613                 dcp::Size const os = yuv->size();
 614                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < ts.height && oy < os.height; ++ty, ++oy) {
 615                         int const hty = ty / 2;
 616                         int const hoy = oy / 2;
 617                         uint16_t* tY = ((uint16_t *) (data()[0] + (ty * stride()[0]))) + start_tx;
 618                         uint16_t* tU = ((uint16_t *) (data()[1] + (hty * stride()[1]))) + start_tx / 2;
 619                         uint16_t* tV = ((uint16_t *) (data()[2] + (hty * stride()[2]))) + start_tx / 2;
 620                         uint16_t* oY = ((uint16_t *) (yuv->data()[0] + (oy * yuv->stride()[0]))) + start_ox;
 621                         uint16_t* oU = ((uint16_t *) (yuv->data()[1] + (hoy * yuv->stride()[1]))) + start_ox / 2;
 622                         uint16_t* oV = ((uint16_t *) (yuv->data()[2] + (hoy * yuv->stride()[2]))) + start_ox / 2;
 623                         uint8_t* alpha = other->data()[0] + (oy * other->stride()[0]) + start_ox * 4;
 624                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < ts.width && ox < os.width; ++tx, ++ox) {
 625                                 float const a = float(alpha[3]) / 255;
 626                                 *tY = *oY * a + *tY * (1 - a);
 627                                 *tU = *oU * a + *tU * (1 - a);
 628                                 *tV = *oV * a + *tV * (1 - a);
 629                                 ++tY;
 630                                 ++oY;
 631                                 if (tx % 2) {
 632                                         ++tU;
 633                                         ++tV;
 634                                 }
 635                                 if (ox % 2) {
 636                                         ++oU;
 637                                         ++oV;
 638                                 }
 639                                 alpha += 4;
 640                         }
 641                 }
 642                 break;
 643         }
 644         case AV_PIX_FMT_YUV422P10LE:
 645         {
 646                 shared_ptr<Image> yuv = other->convert_pixel_format (dcp::YUV_TO_RGB_REC709, _pixel_format, false, false);
 647                 dcp::Size const ts = size();
 648                 dcp::Size const os = yuv->size();
 649                 for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < ts.height && oy < os.height; ++ty, ++oy) {
 650                         uint16_t* tY = ((uint16_t *) (data()[0] + (ty * stride()[0]))) + start_tx;
 651                         uint16_t* tU = ((uint16_t *) (data()[1] + (ty * stride()[1]))) + start_tx / 2;
 652                         uint16_t* tV = ((uint16_t *) (data()[2] + (ty * stride()[2]))) + start_tx / 2;
 653                         uint16_t* oY = ((uint16_t *) (yuv->data()[0] + (oy * yuv->stride()[0]))) + start_ox;
 654                         uint16_t* oU = ((uint16_t *) (yuv->data()[1] + (oy * yuv->stride()[1]))) + start_ox / 2;
 655                         uint16_t* oV = ((uint16_t *) (yuv->data()[2] + (oy * yuv->stride()[2]))) + start_ox / 2;
 656                         uint8_t* alpha = other->data()[0] + (oy * other->stride()[0]) + start_ox * 4;
 657                         for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < ts.width && ox < os.width; ++tx, ++ox) {
 658                                 float const a = float(alpha[3]) / 255;
 659                                 *tY = *oY * a + *tY * (1 - a);
 660                                 *tU = *oU * a + *tU * (1 - a);
 661                                 *tV = *oV * a + *tV * (1 - a);
 662                                 ++tY;
 663                                 ++oY;
 664                                 if (tx % 2) {
 665                                         ++tU;
 666                                         ++tV;
 667                                 }
 668                                 if (ox % 2) {
 669                                         ++oU;
 670                                         ++oV;
 671                                 }
 672                                 alpha += 4;
 673                         }
 674                 }
 675                 break;
 676         }
 677         default:
 678                 throw PixelFormatError ("alpha_blend()", _pixel_format);
 679         }
 680 }
 681
 682 void
 683 Image::copy (shared_ptr<const Image> other, Position<int> position)
 684 {
 685         /* Only implemented for RGB24 onto RGB24 so far */
 686         DCPOMATIC_ASSERT (_pixel_format == AV_PIX_FMT_RGB24 && other->pixel_format() == AV_PIX_FMT_RGB24);
 687         DCPOMATIC_ASSERT (position.x >= 0 && position.y >= 0);
 688
 689         int const N = min (position.x + other->size().width, size().width) - position.x;
 690         for (int ty = position.y, oy = 0; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 691                 uint8_t * const tp = data()[0] + ty * stride()[0] + position.x * 3;
 692                 uint8_t * const op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 693                 memcpy (tp, op, N * 3);
 694         }
 695 }
 696
 697 void
 698 Image::read_from_socket (shared_ptr<Socket> socket)
 699 {
 700         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 701                 uint8_t* p = data()[i];
 702                 int const lines = sample_size(i).height;
 703                 for (int y = 0; y < lines; ++y) {
 704                         socket->read (p, line_size()[i]);
 705                         p += stride()[i];
 706                 }
 707         }
 708 }
 709
 710 void
 711 Image::write_to_socket (shared_ptr<Socket> socket) const
 712 {
 713         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 714                 uint8_t* p = data()[i];
 715                 int const lines = sample_size(i).height;
 716                 for (int y = 0; y < lines; ++y) {
 717                         socket->write (p, line_size()[i]);
 718                         p += stride()[i];
 719                 }
 720         }
 721 }
 722
 723 float
 724 Image::bytes_per_pixel (int c) const
 725 {
 726         AVPixFmtDescriptor const * d = av_pix_fmt_desc_get(_pixel_format);
 727         if (!d) {
 728                 throw PixelFormatError ("bytes_per_pixel()", _pixel_format);
 729         }
 730
 731         if (c >= planes()) {
 732                 return 0;
 733         }
 734
 735         float bpp[4] = { 0, 0, 0, 0 };
 736
 737 #ifdef DCPOMATIC_HAVE_AVCOMPONENTDESCRIPTOR_DEPTH_MINUS1
 738         bpp[0] = floor ((d->comp[0].depth_minus1 + 8) / 8);
 739         if (d->nb_components > 1) {
 740                 bpp[1] = floor ((d->comp[1].depth_minus1 + 8) / 8) / pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
 741         }
 742         if (d->nb_components > 2) {
 743                 bpp[2] = floor ((d->comp[2].depth_minus1 + 8) / 8) / pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
 744         }
 745         if (d->nb_components > 3) {
 746                 bpp[3] = floor ((d->comp[3].depth_minus1 + 8) / 8) / pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
 747         }
 748 #else
 749         bpp[0] = floor ((d->comp[0].depth + 7) / 8);
 750         if (d->nb_components > 1) {
 751                 bpp[1] = floor ((d->comp[1].depth + 7) / 8) / pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
 752         }
 753         if (d->nb_components > 2) {
 754                 bpp[2] = floor ((d->comp[2].depth + 7) / 8) / pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
 755         }
 756         if (d->nb_components > 3) {
 757                 bpp[3] = floor ((d->comp[3].depth + 7) / 8) / pow (2.0f, d->log2_chroma_w);
 758         }
 759 #endif
 760
 761         if ((d->flags & AV_PIX_FMT_FLAG_PLANAR) == 0) {
 762                 /* Not planar; sum them up */
 763                 return bpp[0] + bpp[1] + bpp[2] + bpp[3];
 764         }
 765
 766         return bpp[c];
 767 }
 768
 769 /** Construct a Image of a given size and format, allocating memory
 770  *  as required.
 771  *
 772  *  @param p Pixel format.
 773  *  @param s Size in pixels.
 774  *  @param aligned true to make each row of this image aligned to a 32-byte boundary.
 775  *  @param extra_pixels Amount of extra "run-off" memory to allocate at the end of each plane in pixels.
 776  */
 777 Image::Image (AVPixelFormat p, dcp::Size s, bool aligned, int extra_pixels)
 778         : _size (s)
 779         , _pixel_format (p)
 780         , _aligned (aligned)
 781         , _extra_pixels (extra_pixels)
 782 {
 783         allocate ();
 784 }
 785
 786 void
 787 Image::allocate ()
 788 {
 789         _data = (uint8_t **) wrapped_av_malloc (4 * sizeof (uint8_t *));
 790         _data[0] = _data[1] = _data[2] = _data[3] = 0;
 791
 792         _line_size = (int *) wrapped_av_malloc (4 * sizeof (int));
 793         _line_size[0] = _line_size[1] = _line_size[2] = _line_size[3] = 0;
 794
 795         _stride = (int *) wrapped_av_malloc (4 * sizeof (int));
 796         _stride[0] = _stride[1] = _stride[2] = _stride[3] = 0;
 797
 798         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 799                 _line_size[i] = ceil (_size.width * bytes_per_pixel(i));
 800                 _stride[i] = stride_round_up (i, _line_size, _aligned ? 32 : 1);
 801
 802                 /* The assembler function ff_rgb24ToY_avx (in libswscale/x86/input.asm)
 803                    uses a 16-byte fetch to read three bytes (R/G/B) of image data.
 804                    Hence on the last pixel of the last line it reads over the end of
 805                    the actual data by 1 byte.  If the width of an image is a multiple
 806                    of the stride alignment there will be no padding at the end of image lines.
 807                    OS X crashes on this illegal read, though other operating systems don't
 808                    seem to mind.  The nasty + 1 in this malloc makes sure there is always a byte
 809                    for that instruction to read safely.
 810
 811                    Further to the above, valgrind is now telling me that ff_rgb24ToY_ssse3
 812                    over-reads by more then _avx.  I can't follow the code to work out how much,
 813                    so I'll just over-allocate by 32 bytes and have done with it.  Empirical
 814                    testing suggests that it works.
 815                 */
 816                 _data[i] = (uint8_t *) wrapped_av_malloc (_stride[i] * sample_size(i).height + _extra_pixels * bytes_per_pixel(i) + 32);
 817         }
 818 }
 819
 820 Image::Image (Image const & other)
 821         : _size (other._size)
 822         , _pixel_format (other._pixel_format)
 823         , _aligned (other._aligned)
 824         , _extra_pixels (other._extra_pixels)
 825 {
 826         allocate ();
 827
 828         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 829                 uint8_t* p = _data[i];
 830                 uint8_t* q = other._data[i];
 831                 int const lines = sample_size(i).height;
 832                 for (int j = 0; j < lines; ++j) {
 833                         memcpy (p, q, _line_size[i]);
 834                         p += stride()[i];
 835                         q += other.stride()[i];
 836                 }
 837         }
 838 }
 839
 840 Image::Image (AVFrame* frame)
 841         : _size (frame->width, frame->height)
 842         , _pixel_format (static_cast<AVPixelFormat> (frame->format))
 843         , _aligned (true)
 844         , _extra_pixels (0)
 845 {
 846         allocate ();
 847
 848         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 849                 uint8_t* p = _data[i];
 850                 uint8_t* q = frame->data[i];
 851                 int const lines = sample_size(i).height;
 852                 for (int j = 0; j < lines; ++j) {
 853                         memcpy (p, q, _line_size[i]);
 854                         p += stride()[i];
 855                         /* AVFrame's linesize is what we call `stride' */
 856                         q += frame->linesize[i];
 857                 }
 858         }
 859 }
 860
 861 Image::Image (shared_ptr<const Image> other, bool aligned)
 862         : _size (other->_size)
 863         , _pixel_format (other->_pixel_format)
 864         , _aligned (aligned)
 865         , _extra_pixels (other->_extra_pixels)
 866 {
 867         allocate ();
 868
 869         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 870                 DCPOMATIC_ASSERT (line_size()[i] == other->line_size()[i]);
 871                 uint8_t* p = _data[i];
 872                 uint8_t* q = other->data()[i];
 873                 int const lines = sample_size(i).height;
 874                 for (int j = 0; j < lines; ++j) {
 875                         memcpy (p, q, line_size()[i]);
 876                         p += stride()[i];
 877                         q += other->stride()[i];
 878                 }
 879         }
 880 }
 881
 882 Image&
 883 Image::operator= (Image const & other)
 884 {
 885         if (this == &other) {
 886                 return *this;
 887         }
 888
 889         Image tmp (other);
 890         swap (tmp);
 891         return *this;
 892 }
 893
 894 void
 895 Image::swap (Image & other)
 896 {
 897         std::swap (_size, other._size);
 898         std::swap (_pixel_format, other._pixel_format);
 899
 900         for (int i = 0; i < 4; ++i) {
 901                 std::swap (_data[i], other._data[i]);
 902                 std::swap (_line_size[i], other._line_size[i]);
 903                 std::swap (_stride[i], other._stride[i]);
 904         }
 905
 906         std::swap (_aligned, other._aligned);
 907         std::swap (_extra_pixels, other._extra_pixels);
 908 }
 909
 910 /** Destroy a Image */
 911 Image::~Image ()
 912 {
 913         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
 914                 av_free (_data[i]);
 915         }
 916
 917         av_free (_data);
 918         av_free (_line_size);
 919         av_free (_stride);
 920 }
 921
 922 uint8_t * const *
 923 Image::data () const
 924 {
 925         return _data;
 926 }
 927
 928 int const *
 929 Image::line_size () const
 930 {
 931         return _line_size;
 932 }
 933
 934 int const *
 935 Image::stride () const
 936 {
 937         return _stride;
 938 }
 939
 940 dcp::Size
 941 Image::size () const
 942 {
 943         return _size;
 944 }
 945
 946 bool
 947 Image::aligned () const
 948 {
 949         return _aligned;
 950 }
 951
 952 PositionImage
 953 merge (list<PositionImage> images)
 954 {
 955         if (images.empty ()) {
 956                 return PositionImage ();
 957         }
 958
 959         if (images.size() == 1) {
 960                 return images.front ();
 961         }
 962
 963         dcpomatic::Rect<int> all (images.front().position, images.front().image->size().width, images.front().image->size().height);
 964         for (list<PositionImage>::const_iterator i = images.begin(); i != images.end(); ++i) {
 965                 all.extend (dcpomatic::Rect<int> (i->position, i->image->size().width, i->image->size().height));
 966         }
 967
 968         shared_ptr<Image> merged (new Image (images.front().image->pixel_format (), dcp::Size (all.width, all.height), true));
 969         merged->make_transparent ();
 970         for (list<PositionImage>::const_iterator i = images.begin(); i != images.end(); ++i) {
 971                 merged->alpha_blend (i->image, i->position - all.position());
 972         }
 973
 974         return PositionImage (merged, all.position ());
 975 }
 976
 977 bool
 978 operator== (Image const & a, Image const & b)
 979 {
 980         if (a.planes() != b.planes() || a.pixel_format() != b.pixel_format() || a.aligned() != b.aligned()) {
 981                 return false;
 982         }
 983
 984         for (int c = 0; c < a.planes(); ++c) {
 985                 if (a.sample_size(c).height != b.sample_size(c).height || a.line_size()[c] != b.line_size()[c] || a.stride()[c] != b.stride()[c]) {
 986                         return false;
 987                 }
 988
 989                 uint8_t* p = a.data()[c];
 990                 uint8_t* q = b.data()[c];
 991                 int const lines = a.sample_size(c).height;
 992                 for (int y = 0; y < lines; ++y) {
 993                         if (memcmp (p, q, a.line_size()[c]) != 0) {
 994                                 return false;
 995                         }
 996
 997                         p += a.stride()[c];
 998                         q += b.stride()[c];
 999                 }
1000         }
1001
1002         return true;
1003 }
1004
1005 /** Fade the image.
1006  *  @param f Amount to fade by; 0 is black, 1 is no fade.
1007  */
1008 void
1009 Image::fade (float f)
1010 {
1011         switch (_pixel_format) {
1012         case AV_PIX_FMT_YUV420P:
1013         case AV_PIX_FMT_YUV422P:
1014         case AV_PIX_FMT_YUV444P:
1015         case AV_PIX_FMT_YUV411P:
1016         case AV_PIX_FMT_YUVJ420P:
1017         case AV_PIX_FMT_YUVJ422P:
1018         case AV_PIX_FMT_YUVJ444P:
1019         case AV_PIX_FMT_RGB24:
1020         case AV_PIX_FMT_ARGB:
1021         case AV_PIX_FMT_RGBA:
1022         case AV_PIX_FMT_ABGR:
1023         case AV_PIX_FMT_BGRA:
1024         case AV_PIX_FMT_RGB555LE:
1025                 /* 8-bit */
1026                 for (int c = 0; c < 3; ++c) {
1027                         uint8_t* p = data()[c];
1028                         int const lines = sample_size(c).height;
1029                         for (int y = 0; y < lines; ++y) {
1030                                 uint8_t* q = p;
1031                                 for (int x = 0; x < line_size()[c]; ++x) {
1032                                         *q = int (float (*q) * f);
1033                                         ++q;
1034                                 }
1035                                 p += stride()[c];
1036                         }
1037                 }
1038                 break;
1039
1040         case AV_PIX_FMT_YUV422P9LE:
1041         case AV_PIX_FMT_YUV444P9LE:
1042         case AV_PIX_FMT_YUV422P10LE:
1043         case AV_PIX_FMT_YUV444P10LE:
1044         case AV_PIX_FMT_YUV422P16LE:
1045         case AV_PIX_FMT_YUV444P16LE:
1046         case AV_PIX_FMT_YUVA420P9LE:
1047         case AV_PIX_FMT_YUVA422P9LE:
1048         case AV_PIX_FMT_YUVA444P9LE:
1049         case AV_PIX_FMT_YUVA420P10LE:
1050         case AV_PIX_FMT_YUVA422P10LE:
1051         case AV_PIX_FMT_YUVA444P10LE:
1052         case AV_PIX_FMT_RGB48LE:
1053         case AV_PIX_FMT_XYZ12LE:
1054                 /* 16-bit little-endian */
1055                 for (int c = 0; c < 3; ++c) {
1056                         int const stride_pixels = stride()[c] / 2;
1057                         int const line_size_pixels = line_size()[c] / 2;
1058                         uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t*> (data()[c]);
1059                         int const lines = sample_size(c).height;
1060                         for (int y = 0; y < lines; ++y) {
1061                                 uint16_t* q = p;
1062                                 for (int x = 0; x < line_size_pixels; ++x) {
1063                                         *q = int (float (*q) * f);
1064                                         ++q;
1065                                 }
1066                                 p += stride_pixels;
1067                         }
1068                 }
1069                 break;
1070
1071         case AV_PIX_FMT_YUV422P9BE:
1072         case AV_PIX_FMT_YUV444P9BE:
1073         case AV_PIX_FMT_YUV444P10BE:
1074         case AV_PIX_FMT_YUV422P10BE:
1075         case AV_PIX_FMT_YUVA420P9BE:
1076         case AV_PIX_FMT_YUVA422P9BE:
1077         case AV_PIX_FMT_YUVA444P9BE:
1078         case AV_PIX_FMT_YUVA420P10BE:
1079         case AV_PIX_FMT_YUVA422P10BE:
1080         case AV_PIX_FMT_YUVA444P10BE:
1081         case AV_PIX_FMT_YUVA420P16BE:
1082         case AV_PIX_FMT_YUVA422P16BE:
1083         case AV_PIX_FMT_YUVA444P16BE:
1084         case AV_PIX_FMT_RGB48BE:
1085                 /* 16-bit big-endian */
1086                 for (int c = 0; c < 3; ++c) {
1087                         int const stride_pixels = stride()[c] / 2;
1088                         int const line_size_pixels = line_size()[c] / 2;
1089                         uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t*> (data()[c]);
1090                         int const lines = sample_size(c).height;
1091                         for (int y = 0; y < lines; ++y) {
1092                                 uint16_t* q = p;
1093                                 for (int x = 0; x < line_size_pixels; ++x) {
1094                                         *q = swap_16 (int (float (swap_16 (*q)) * f));
1095                                         ++q;
1096                                 }
1097                                 p += stride_pixels;
1098                         }
1099                 }
1100                 break;
1101
1102         case AV_PIX_FMT_UYVY422:
1103         {
1104                 int const Y = sample_size(0).height;
1105                 int const X = line_size()[0];
1106                 uint8_t* p = data()[0];
1107                 for (int y = 0; y < Y; ++y) {
1108                         for (int x = 0; x < X; ++x) {
1109                                 *p = int (float (*p) * f);
1110                                 ++p;
1111                         }
1112                 }
1113                 break;
1114         }
1115
1116         default:
1117                 throw PixelFormatError ("fade()", _pixel_format);
1118         }
1119 }
1120
1121 shared_ptr<Image>
1122 Image::ensure_aligned (shared_ptr<Image> image)
1123 {
1124         if (image->aligned()) {
1125                 return image;
1126         }
1127
1128         return shared_ptr<Image> (new Image (image, true));
1129 }
1130
1131 size_t
1132 Image::memory_used () const
1133 {
1134         size_t m = 0;
1135         for (int i = 0; i < planes(); ++i) {
1136                 m += _stride[i] * sample_size(i).height;
1137         }
1138         return m;
1139 }