src/rgb_xyz.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2013-2014 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  17
  18 */
  19
  20 #include "rgb_xyz.h"
  21 #include "argb_frame.h"
  22 #include "xyz_frame.h"
  23 #include "image.h"
  24 #include "colour_matrix.h"
  25 #include "colour_conversion.h"
  26 #include "transfer_function.h"
  27 #include <cmath>
  28
  29 using std::min;
  30 using std::max;
  31 using boost::shared_ptr;
  32 using namespace dcp;
  33
  34 #define DCI_COEFFICIENT (48.0 / 52.37)
  35
  36 /** Convert an openjpeg XYZ image to RGBA.
  37  *  @param xyz_frame Frame in XYZ.
  38  *  @return RGB image.
  39  */
  40 shared_ptr<ARGBFrame>
  41 dcp::xyz_to_rgba (
  42         boost::shared_ptr<const XYZFrame> xyz_frame,
  43         ColourConversion const & conversion
  44         )
  45 {
  46         int const max_colour = pow (2, 12) - 1;
  47
  48         struct {
  49                 double x, y, z;
  50         } s;
  51
  52         struct {
  53                 double r, g, b;
  54         } d;
  55
  56         int* xyz_x = xyz_frame->data (0);
  57         int* xyz_y = xyz_frame->data (1);
  58         int* xyz_z = xyz_frame->data (2);
  59
  60         shared_ptr<ARGBFrame> argb_frame (new ARGBFrame (xyz_frame->size ()));
  61         uint8_t* argb = argb_frame->data ();
  62
  63         float const * lut_in = conversion.in()->lut (16);
  64         float const * lut_out = conversion.out()->lut (12);
  65         boost::numeric::ublas::matrix<double> matrix = conversion.matrix ();
  66
  67         for (int y = 0; y < xyz_frame->size().height; ++y) {
  68                 uint8_t* argb_line = argb;
  69                 for (int x = 0; x < xyz_frame->size().width; ++x) {
  70
  71                         assert (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
  72
  73                         /* In gamma LUT */
  74                         s.x = lut_in[*xyz_x++];
  75                         s.y = lut_in[*xyz_y++];
  76                         s.z = lut_in[*xyz_z++];
  77
  78                         /* DCI companding */
  79                         s.x /= DCI_COEFFICIENT;
  80                         s.y /= DCI_COEFFICIENT;
  81                         s.z /= DCI_COEFFICIENT;
  82
  83                         /* XYZ to RGB */
  84                         d.r = ((s.x * matrix(0, 0)) + (s.y * matrix(0, 1)) + (s.z * matrix(0, 2)));
  85                         d.g = ((s.x * matrix(1, 0)) + (s.y * matrix(1, 1)) + (s.z * matrix(1, 2)));
  86                         d.b = ((s.x * matrix(2, 0)) + (s.y * matrix(2, 1)) + (s.z * matrix(2, 2)));
  87
  88                         d.r = min (d.r, 1.0);
  89                         d.r = max (d.r, 0.0);
  90
  91                         d.g = min (d.g, 1.0);
  92                         d.g = max (d.g, 0.0);
  93
  94                         d.b = min (d.b, 1.0);
  95                         d.b = max (d.b, 0.0);
  96
  97                         /* Out gamma LUT */
  98                         *argb_line++ = lut_out[(int) (d.b * max_colour)] * 0xff;
  99                         *argb_line++ = lut_out[(int) (d.g * max_colour)] * 0xff;
 100                         *argb_line++ = lut_out[(int) (d.r * max_colour)] * 0xff;
 101                         *argb_line++ = 0xff;
 102                 }
 103
 104                 argb += argb_frame->stride ();
 105         }
 106
 107         return argb_frame;
 108 }
 109
 110 /** Convert an openjpeg XYZ image to RGB.
 111  *  @param xyz_frame Frame in XYZ.
 112  *  @param lut_in Input Gamma LUT to use.
 113  *  @param lut_out Output Gamma LUT to use.
 114  *  @param buffer Buffer to write RGB data to; will be written
 115  *  as one byte R, one byte G, one byte B, one byte R etc. with
 116  *  no padding at line ends.
 117  */
 118 void
 119 dcp::xyz_to_rgb (
 120         boost::shared_ptr<const XYZFrame> xyz_frame,
 121         ColourConversion const & conversion,
 122         uint8_t* buffer
 123         )
 124 {
 125         int const max_colour = pow (2, 12) - 1;
 126
 127         struct {
 128                 double x, y, z;
 129         } s;
 130
 131         struct {
 132                 double r, g, b;
 133         } d;
 134
 135         int* xyz_x = xyz_frame->data (0);
 136         int* xyz_y = xyz_frame->data (1);
 137         int* xyz_z = xyz_frame->data (2);
 138
 139         float const * lut_in = conversion.in()->lut (16);
 140         float const * lut_out = conversion.out()->lut (12);
 141         boost::numeric::ublas::matrix<double> matrix = conversion.matrix ();
 142
 143         for (int y = 0; y < xyz_frame->size().height; ++y) {
 144                 uint8_t* buffer_line = buffer;
 145                 for (int x = 0; x < xyz_frame->size().width; ++x) {
 146
 147                         assert (*xyz_x >= 0 && *xyz_y >= 0 && *xyz_z >= 0 && *xyz_x < 4096 && *xyz_y < 4096 && *xyz_z < 4096);
 148
 149                         /* In gamma LUT */
 150                         s.x = lut_in[*xyz_x++];
 151                         s.y = lut_in[*xyz_y++];
 152                         s.z = lut_in[*xyz_z++];
 153
 154                         /* DCI companding */
 155                         s.x /= DCI_COEFFICIENT;
 156                         s.y /= DCI_COEFFICIENT;
 157                         s.z /= DCI_COEFFICIENT;
 158
 159                         /* XYZ to RGB */
 160                         d.r = ((s.x * matrix(0, 0)) + (s.y * matrix(0, 1)) + (s.z * matrix(0, 2)));
 161                         d.g = ((s.x * matrix(1, 0)) + (s.y * matrix(1, 1)) + (s.z * matrix(1, 2)));
 162                         d.b = ((s.x * matrix(2, 0)) + (s.y * matrix(2, 1)) + (s.z * matrix(2, 2)));
 163
 164                         d.r = min (d.r, 1.0);
 165                         d.r = max (d.r, 0.0);
 166
 167                         d.g = min (d.g, 1.0);
 168                         d.g = max (d.g, 0.0);
 169
 170                         d.b = min (d.b, 1.0);
 171                         d.b = max (d.b, 0.0);
 172
 173                         /* Out gamma LUT */
 174                         *buffer_line++ = lut_out[(int) (d.r * max_colour)] * 0xff;
 175                         *buffer_line++ = lut_out[(int) (d.g * max_colour)] * 0xff;
 176                         *buffer_line++ = lut_out[(int) (d.b * max_colour)] * 0xff;
 177                 }
 178
 179                 buffer += xyz_frame->size().width * 3;
 180         }
 181 }
 182
 183 /** rgb must be packed RGB 16:16:16, 48bpp, 16R, 16G, 16B, with the 2-byte value for each R/G/B component stored as little-endian;
 184  *  i.e. AV_PIX_FMT_RGB48LE.
 185  */
 186 shared_ptr<dcp::XYZFrame>
 187 dcp::rgb_to_xyz (
 188         boost::shared_ptr<const Image> rgb,
 189         ColourConversion const & conversion
 190         )
 191 {
 192         shared_ptr<XYZFrame> xyz (new XYZFrame (rgb->size ()));
 193
 194         struct {
 195                 double r, g, b;
 196         } s;
 197
 198         struct {
 199                 double x, y, z;
 200         } d;
 201
 202         float const * lut_in = conversion.in()->lut (12);
 203         float const * lut_out = conversion.out()->lut (16);
 204         boost::numeric::ublas::matrix<double> matrix = conversion.matrix ();
 205
 206         int jn = 0;
 207         for (int y = 0; y < rgb->size().height; ++y) {
 208                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t *> (rgb->data()[0] + y * rgb->stride()[0]);
 209                 for (int x = 0; x < rgb->size().width; ++x) {
 210
 211                         /* In gamma LUT (converting 16-bit to 12-bit) */
 212                         s.r = lut_in[*p++ >> 4];
 213                         s.g = lut_in[*p++ >> 4];
 214                         s.b = lut_in[*p++ >> 4];
 215
 216                         /* RGB to XYZ Matrix */
 217                         d.x = ((s.r * matrix(0, 0)) + (s.g * matrix(0, 1)) + (s.b * matrix(0, 2)));
 218                         d.y = ((s.r * matrix(1, 0)) + (s.g * matrix(1, 1)) + (s.b * matrix(1, 2)));
 219                         d.z = ((s.r * matrix(2, 0)) + (s.g * matrix(2, 1)) + (s.b * matrix(2, 2)));
 220
 221                         /* DCI companding */
 222                         d.x = d.x * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 223                         d.y = d.y * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 224                         d.z = d.z * DCI_COEFFICIENT * 65535;
 225
 226                         assert (d.x >= 0 && d.x < 65536);
 227                         assert (d.y >= 0 && d.y < 65536);
 228                         assert (d.z >= 0 && d.z < 65536);
 229
 230                         /* Out gamma LUT */
 231                         xyz->data(0)[jn] = lut_out[(int) d.x] * 4096;
 232                         xyz->data(1)[jn] = lut_out[(int) d.y] * 4096;
 233                         xyz->data(2)[jn] = lut_out[(int) d.z] * 4096;
 234
 235                         ++jn;
 236                 }
 237         }
 238
 239         return xyz;
 240 }
 241
 242
 243 /** Image must be packed RGB 16:16:16, 48bpp, 16R, 16G, 16B, with the 2-byte value for each R/G/B component stored as little-endian;
 244  *  i.e. AV_PIX_FMT_RGB48LE.
 245  */
 246 shared_ptr<dcp::XYZFrame>
 247 dcp::xyz_to_xyz (shared_ptr<const Image> xyz_16)
 248 {
 249         shared_ptr<XYZFrame> xyz_12 (new XYZFrame (xyz_16->size ()));
 250
 251         int jn = 0;
 252         for (int y = 0; y < xyz_16->size().height; ++y) {
 253                 uint16_t* p = reinterpret_cast<uint16_t *> (xyz_16->data()[0] + y * xyz_16->stride()[0]);
 254                 for (int x = 0; x < xyz_16->size().width; ++x) {
 255                         /* Truncate 16-bit to 12-bit */
 256                         xyz_12->data(0)[jn] = *p++ >> 4;
 257                         xyz_12->data(1)[jn] = *p++ >> 4;
 258                         xyz_12->data(2)[jn] = *p++ >> 4;
 259                         ++jn;
 260                 }
 261         }
 262
 263         return xyz_12;
 264 }