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 (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 (Size out_size, int padding, Scaler const * scaler, bool aligned) const
 128 {
 129         assert (scaler);
 130
 131         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         cout << "scale to " << out_size.width << "x" << out_size.height << "\n";
 137
 138         struct SwsContext* scale_context = sws_getContext (
 139                 size().width, size().height, pixel_format(),
 140                 content_size.width, content_size.height, PIX_FMT_RGB24,
 141                 scaler->ffmpeg_id (), 0, 0, 0
 142                 );
 143
 144         /* Scale and convert to RGB from whatever its currently in (which may be RGB) */
 145         sws_scale (
 146                 scale_context,
 147                 data(), stride(),
 148                 0, size().height,
 149                 rgb->data(), rgb->stride()
 150                 );
 151
 152         /* Put the image in the right place in a black frame if are padding; this is
 153            a bit grubby and expensive, but probably inconsequential in the great
 154            scheme of things.
 155         */
 156         if (padding > 0) {
 157                 shared_ptr<Image> padded_rgb (new SimpleImage (PIX_FMT_RGB24, out_size, aligned));
 158                 padded_rgb->make_black ();
 159
 160                 /* XXX: we are cheating a bit here; we know the frame is RGB so we can
 161                    make assumptions about its composition.
 162                 */
 163                 uint8_t* p = padded_rgb->data()[0] + padding * 3;
 164                 uint8_t* q = rgb->data()[0];
 165                 for (int j = 0; j < rgb->lines(0); ++j) {
 166                         memcpy (p, q, rgb->line_size()[0]);
 167                         p += padded_rgb->stride()[0];
 168                         q += rgb->stride()[0];
 169                 }
 170
 171                 rgb = padded_rgb;
 172         }
 173
 174         sws_freeContext (scale_context);
 175
 176         return rgb;
 177 }
 178
 179 /** Run a FFmpeg post-process on this image and return the processed version.
 180  *  @param pp Flags for the required set of post processes.
 181  *  @return Post-processed image.
 182  */
 183 shared_ptr<Image>
 184 Image::post_process (string pp, bool aligned) const
 185 {
 186         shared_ptr<Image> out (new SimpleImage (pixel_format(), size (), aligned));
 187
 188         int pp_format = 0;
 189         switch (pixel_format()) {
 190         case PIX_FMT_YUV420P:
 191                 pp_format = PP_FORMAT_420;
 192                 break;
 193         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
 194         case PIX_FMT_YUV422P:
 195                 pp_format = PP_FORMAT_422;
 196                 break;
 197         default:
 198                 assert (false);
 199         }
 200
 201         pp_mode* mode = pp_get_mode_by_name_and_quality (pp.c_str (), PP_QUALITY_MAX);
 202         pp_context* context = pp_get_context (size().width, size().height, pp_format | PP_CPU_CAPS_MMX2);
 203
 204         pp_postprocess (
 205                 (const uint8_t **) data(), stride(),
 206                 out->data(), out->stride(),
 207                 size().width, size().height,
 208                 0, 0, mode, context, 0
 209                 );
 210
 211         pp_free_mode (mode);
 212         pp_free_context (context);
 213
 214         return out;
 215 }
 216
 217 shared_ptr<Image>
 218 Image::crop (Crop crop, bool aligned) const
 219 {
 220         Size cropped_size = size ();
 221         cropped_size.width -= crop.left + crop.right;
 222         cropped_size.height -= crop.top + crop.bottom;
 223
 224         shared_ptr<Image> out (new SimpleImage (pixel_format(), cropped_size, aligned));
 225
 226         for (int c = 0; c < components(); ++c) {
 227                 int const crop_left_in_bytes = bytes_per_pixel(c) * crop.left;
 228                 int const cropped_width_in_bytes = bytes_per_pixel(c) * cropped_size.width;
 229
 230                 /* Start of the source line, cropped from the top but not the left */
 231                 uint8_t* in_p = data()[c] + crop.top * stride()[c];
 232                 uint8_t* out_p = out->data()[c];
 233
 234                 for (int y = 0; y < cropped_size.height; ++y) {
 235                         memcpy (out_p, in_p + crop_left_in_bytes, cropped_width_in_bytes);
 236                         in_p += line_size()[c];
 237                         out_p += out->line_size()[c];
 238                 }
 239         }
 240
 241         return out;
 242 }
 243
 244 void
 245 Image::make_black ()
 246 {
 247         switch (_pixel_format) {
 248         case PIX_FMT_YUV420P:
 249         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
 250         case PIX_FMT_YUV422P:
 251                 memset (data()[0], 0, lines(0) * stride()[0]);
 252                 memset (data()[1], 0x80, lines(1) * stride()[1]);
 253                 memset (data()[2], 0x80, lines(2) * stride()[2]);
 254                 break;
 255
 256         case PIX_FMT_RGB24:
 257                 memset (data()[0], 0, lines(0) * stride()[0]);
 258                 break;
 259
 260         default:
 261                 assert (false);
 262         }
 263 }
 264
 265 void
 266 Image::alpha_blend (shared_ptr<const Image> other, Position position)
 267 {
 268         /* Only implemented for RGBA onto RGB24 so far */
 269         assert (_pixel_format == PIX_FMT_RGB24 && other->pixel_format() == PIX_FMT_RGBA);
 270
 271         int start_tx = position.x;
 272         int start_ox = 0;
 273
 274         if (start_tx < 0) {
 275                 start_ox = -start_tx;
 276                 start_tx = 0;
 277         }
 278
 279         int start_ty = position.y;
 280         int start_oy = 0;
 281
 282         if (start_ty < 0) {
 283                 start_oy = -start_ty;
 284                 start_ty = 0;
 285         }
 286
 287         for (int ty = start_ty, oy = start_oy; ty < size().height && oy < other->size().height; ++ty, ++oy) {
 288                 uint8_t* tp = data()[0] + ty * stride()[0] + position.x * 3;
 289                 uint8_t* op = other->data()[0] + oy * other->stride()[0];
 290                 for (int tx = start_tx, ox = start_ox; tx < size().width && ox < other->size().width; ++tx, ++ox) {
 291                         float const alpha = float (op[3]) / 255;
 292                         tp[0] = (tp[0] * (1 - alpha)) + op[0] * alpha;
 293                         tp[1] = (tp[1] * (1 - alpha)) + op[1] * alpha;
 294                         tp[2] = (tp[2] * (1 - alpha)) + op[2] * alpha;
 295                         tp += 3;
 296                         op += 4;
 297                 }
 298         }
 299 }
 300
 301 void
 302 Image::read_from_socket (shared_ptr<Socket> socket)
 303 {
 304         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 305                 uint8_t* p = data()[i];
 306                 for (int y = 0; y < lines(i); ++y) {
 307                         socket->read_definite_and_consume (p, line_size()[i], 30);
 308                         p += stride()[i];
 309                 }
 310         }
 311 }
 312
 313 void
 314 Image::write_to_socket (shared_ptr<Socket> socket) const
 315 {
 316         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 317                 uint8_t* p = data()[i];
 318                 for (int y = 0; y < lines(i); ++y) {
 319                         socket->write (p, line_size()[i], 30);
 320                         p += stride()[i];
 321                 }
 322         }
 323 }
 324
 325
 326 float
 327 Image::bytes_per_pixel (int c) const
 328 {
 329         if (c == 3) {
 330                 return 0;
 331         }
 332
 333         switch (_pixel_format) {
 334         case PIX_FMT_RGB24:
 335                 if (c == 0) {
 336                         return 3;
 337                 } else {
 338                         return 0;
 339                 }
 340         case PIX_FMT_RGBA:
 341                 if (c == 0) {
 342                         return 4;
 343                 } else {
 344                         return 0;
 345                 }
 346         case PIX_FMT_YUV420P:
 347         case PIX_FMT_YUV422P:
 348                 if (c == 0) {
 349                         return 1;
 350                 } else {
 351                         return 0.5;
 352                 }
 353         case PIX_FMT_YUV422P10LE:
 354                 if (c == 1) {
 355                         return 2;
 356                 } else {
 357                         return 1;
 358                 }
 359         default:
 360                 assert (false);
 361         }
 362
 363         return 0;
 364 }
 365
 366
 367 /** Construct a SimpleImage of a given size and format, allocating memory
 368  *  as required.
 369  *
 370  *  @param p Pixel format.
 371  *  @param s Size in pixels.
 372  */
 373 SimpleImage::SimpleImage (AVPixelFormat p, Size s, bool aligned)
 374         : Image (p)
 375         , _size (s)
 376         , _aligned (aligned)
 377 {
 378         allocate ();
 379 }
 380
 381 void
 382 SimpleImage::allocate ()
 383 {
 384         _data = (uint8_t **) av_malloc (4 * sizeof (uint8_t *));
 385         _data[0] = _data[1] = _data[2] = _data[3] = 0;
 386
 387         _line_size = (int *) av_malloc (4 * sizeof (int));
 388         _line_size[0] = _line_size[1] = _line_size[2] = _line_size[3] = 0;
 389
 390         _stride = (int *) av_malloc (4 * sizeof (int));
 391         _stride[0] = _stride[1] = _stride[2] = _stride[3] = 0;
 392
 393         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 394                 _line_size[i] = _size.width * bytes_per_pixel(i);
 395                 _stride[i] = stride_round_up (i, _line_size, _aligned ? 32 : 1);
 396                 _data[i] = (uint8_t *) av_malloc (_stride[i] * lines (i));
 397         }
 398 }
 399
 400 SimpleImage::SimpleImage (SimpleImage const & other)
 401         : Image (other)
 402 {
 403         _size = other._size;
 404         _aligned = other._aligned;
 405
 406         allocate ();
 407
 408         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 409                 memcpy (_data[i], other._data[i], _line_size[i] * lines(i));
 410         }
 411 }
 412
 413 SimpleImage&
 414 SimpleImage::operator= (SimpleImage const & other)
 415 {
 416         if (this == &other) {
 417                 return *this;
 418         }
 419
 420         SimpleImage tmp (other);
 421         swap (tmp);
 422         return *this;
 423 }
 424
 425 void
 426 SimpleImage::swap (SimpleImage & other)
 427 {
 428         Image::swap (other);
 429
 430         assert (_size == other._size);
 431         assert (_aligned == other._aligned);
 432
 433         std::swap (_size, other._size);
 434
 435         for (int i = 0; i < 4; ++i) {
 436                 std::swap (_data[i], other._data[i]);
 437                 std::swap (_line_size[i], other._line_size[i]);
 438                 std::swap (_stride[i], other._stride[i]);
 439         }
 440
 441         std::swap (_aligned, other._aligned);
 442 }
 443
 444 /** Destroy a SimpleImage */
 445 SimpleImage::~SimpleImage ()
 446 {
 447         for (int i = 0; i < components(); ++i) {
 448                 av_free (_data[i]);
 449         }
 450
 451         av_free (_data);
 452         av_free (_line_size);
 453         av_free (_stride);
 454 }
 455
 456 SimpleImage::SimpleImage (shared_ptr<const Image> im, bool aligned)
 457         : Image (im->pixel_format())
 458 {
 459         assert (components() == im->components());
 460
 461         for (int c = 0; c < components(); ++c) {
 462
 463                 assert (line_size()[c] == im->line_size()[c]);
 464
 465                 uint8_t* t = data()[c];
 466                 uint8_t* o = im->data()[c];
 467
 468                 for (int y = 0; y < lines(c); ++y) {
 469                         memcpy (t, o, line_size()[c]);
 470                         t += stride()[c];
 471                         o += im->stride()[c];
 472                 }
 473         }
 474 }
 475
 476 uint8_t **
 477 SimpleImage::data () const
 478 {
 479         return _data;
 480 }
 481
 482 int *
 483 SimpleImage::line_size () const
 484 {
 485         return _line_size;
 486 }
 487
 488 int *
 489 SimpleImage::stride () const
 490 {
 491         return _stride;
 492 }
 493
 494 Size
 495 SimpleImage::size () const
 496 {
 497         return _size;
 498 }
 499
 500 FilterBufferImage::FilterBufferImage (AVPixelFormat p, AVFilterBufferRef* b)
 501         : Image (p)
 502         , _buffer (b)
 503 {
 504
 505 }
 506
 507 FilterBufferImage::~FilterBufferImage ()
 508 {
 509         avfilter_unref_buffer (_buffer);
 510 }
 511
 512 uint8_t **
 513 FilterBufferImage::data () const
 514 {
 515         return _buffer->data;
 516 }
 517
 518 int *
 519 FilterBufferImage::line_size () const
 520 {
 521         return _buffer->linesize;
 522 }
 523
 524 int *
 525 FilterBufferImage::stride () const
 526 {
 527         /* XXX? */
 528         return _buffer->linesize;
 529 }
 530
 531 Size
 532 FilterBufferImage::size () const
 533 {
 534         return Size (_buffer->video->w, _buffer->video->h);
 535 }
 536
 537 RGBPlusAlphaImage::RGBPlusAlphaImage (shared_ptr<const Image> im)
 538         : SimpleImage (im->pixel_format(), im->size(), false)
 539 {
 540         assert (im->pixel_format() == PIX_FMT_RGBA);
 541
 542         _alpha = (uint8_t *) av_malloc (im->size().width * im->size().height);
 543
 544         uint8_t* in = im->data()[0];
 545         uint8_t* out = data()[0];
 546         uint8_t* out_alpha = _alpha;
 547         for (int y = 0; y < im->size().height; ++y) {
 548                 uint8_t* in_r = in;
 549                 for (int x = 0; x < im->size().width; ++x) {
 550                         *out++ = *in_r++;
 551                         *out++ = *in_r++;
 552                         *out++ = *in_r++;
 553                         *out_alpha++ = *in_r++;
 554                 }
 555
 556                 in += im->stride()[0];
 557         }
 558 }
 559
 560 RGBPlusAlphaImage::~RGBPlusAlphaImage ()
 561 {
 562         av_free (_alpha);
 563 }
 564