cinelerra-5.1/guicast/bccolors.h

   1
   2 /*
   3  * CINELERRA
   4  * Copyright (C) 1997-2011 Adam Williams <broadcast at earthling dot net>
   5  *
   6  * This program 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  * This program 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 this program; if not, write to the Free Software
  18  * Foundation, Inc., 59 Temple Place, Suite 330, Boston, MA  02111-1307  USA
  19  *
  20  */
  21
  22 #ifndef __BCCOLORS_H__
  23 #define __BCCOLORS_H__
  24
  25 // Duplicate filename in guicast
  26
  27 #include "bccolors.inc"
  28 #include "clip.h"
  29 #include "colors.h"
  30 #include "vframe.inc"
  31
  32 #include <stdint.h>
  33
  34
  35 /*
  36 Digital YCbCr is derived from analog RGB as follows:
  37 RGB are 0..1 (gamma corrected supposedly),
  38 normalized equations:
  39 Y  Py =   Kr * R  +  Kg * G  +  Kb * B
  40 U  Pb = - 0.5*Kr/(1-Kb)*R - 0.5*Kg/(1-Kb)*G + 0.5*B
  41 V  Pr =   0.5*R - 0.5*Kg/(1-Kr)*G - 0.5*Kb/(1-Kr)*B
  42 inverse:
  43    R = Py + Pr * 2*(1-Kr)
  44    G = Py - Pr * 2*Kr*(1-Kr)/Kg - Pb * 2*Kb*(1-Kb)/Kg
  45    B = Py                       + Pb * 2*(1-Kb)
  46
  47 bt601, white vector= Kr=0.299,Kg=0.587,Kb=0.114
  48    Py = + 0.299000*R + 0.587000*G + 0.114000*B
  49    Pb = - 0.168736*R - 0.331264*G + 0.500000*B
  50    Pr = + 0.500000*R - 0.418698*G - 0.081312*B
  51 inverse:
  52    R  = Py + 1.402000*Pr
  53    G  = Py - 0.714136*Pr - 0.344136*Pb
  54    B  = Py               + 1.772000*Pb
  55
  56 equations zeroed at (0,128,128), range (255,255,255)
  57 bt.601  0..255
  58    Y  = 0   + 0.299000*R + 0.587000*G + 0.114000*B
  59    Cb = 128 - 0.168736*R - 0.331264*G + 0.500000*B
  60    Cr = 128 + 0.500000*R - 0.418698*G - 0.081312*B
  61 inverse:
  62    R  = Y + 1.402000*(Cr-128)
  63    G  = Y - 0.714136*(Cr-128) - 0.344136*(Cb-128)
  64    B  = Y                     + 1.772000*(Cb-128)
  65
  66 equations zeroed at (16,128,128), range (219,224,224)
  67 Y,Cb,Cr = (16,128,128) + (219*Py,224*Pb,224*Pr)
  68
  69 bt.601  16..235
  70    Y  = 16  + 0.256788*R + 0.504129*G + 0.097906*B
  71    Cb = 128 - 0.148227*R - 0.290992*G + 0.439216*B
  72    Cr = 128 + 0.439216*R - 0.367789*G - 0.071426*B
  73 inverse:
  74    R  = (Y-16)*1.164384 + 1.596027*(Cr-128)
  75    G  = (Y-16)*1.164384 - 0.812968*(Cr-128) - 0.391762*(Cb-128)
  76    B  = (Y-16)*1.164384                     + 2.017232*(Cb-128)
  77
  78 bt.709, white vector= Kr=0.2126,Kg=0.7152,Kb=0.0722
  79    Py = + 0.212600*R + 0.715200*G + 0.072200*B
  80    Pb = - 0.114572*R - 0.385428*G + 0.500000*B
  81    Pr = + 0.500000*R - 0.454153*G - 0.045847*B
  82
  83 equations zeroed at (0,128,128), range (255,255,255)
  84 bt.709  0..255
  85    Y  = 0   + 0.212600*R + 0.715200*G + 0.072200*B
  86    Cb = 128 - 0.114572*R - 0.385428*G + 0.500000*B
  87    Cr = 128 + 0.500000*R - 0.454153*G - 0.045847*B
  88 inverse:
  89    R = Y + 1.574800*(Cr-128)
  90    G = Y - 0.468124*(Cr-128) - 0.187324*(Cb-128)
  91    B = Y                     + 1.855600*(Cb-128)
  92
  93 equations zeroed at (16,128,128), range (219,224,224)
  94 Y,Cb,Cr = (16,128,128) + (219*Py,224*Pb,224*Pr)
  95    Y  = 16  + 0.182586*R + 0.614231*G + 0.062007*B
  96    Cb = 128 - 0.100644*R - 0.338572*G + 0.439216*B
  97    Cr = 128 + 0.439216*R - 0.398942*G - 0.040276*B
  98 inverse:
  99    R = (Y-16)*1.164384 + 1.792741*(Cr-128)
 100    G = (Y-16)*1.164384 - 0.532909*(Cr-128) - 0.213249*(Cb-128)
 101    B = (Y-16)*1.164384                     + 2.112402*(Cb-128)
 102
 103 */
 104 // white vector normalized, so:
 105 //  Kg = 1 - Kr - Kb
 106
 107 #define BT601_Kr 0.299
 108 #define BT601_Kb 0.114
 109
 110 #define BT709_Kr 0.2126
 111 #define BT709_Kb 0.0722
 112
 113 #define BT2020_Kr 0.2627
 114 #define BT2020_Kb 0.0593
 115
 116 class YUV
 117 {
 118         int mpeg, yzero, uvzero;
 119         int ymin8, ymax8, ymin16, ymax16;
 120         int uvmin8, uvmax8, uvmin16, uvmax16;
 121         double Kr, Kg, Kb;
 122         float yminf, ymaxf, yrangef;
 123         float uvminf, uvmaxf, uvrangef;
 124         float r_to_y, g_to_y, b_to_y;
 125         float r_to_u, g_to_u, b_to_u;
 126         float r_to_v, g_to_v, b_to_v;
 127         float v_to_r, v_to_g;
 128         float u_to_g, u_to_b;
 129         int *tab;
 130         float *tabf;
 131
 132         void init(double Kr, double Kb, int mpeg);
 133         void init_tables(int len,
 134                 int *rtoy, int *rtou, int *rtov,
 135                 int *gtoy, int *gtou, int *gtov,
 136                 int *btoy, int *btou, int *btov,
 137                 int *ytab, int *vtor, int *vtog, int *utog, int *utob);
 138         void init_tables(int len,
 139                 float *vtorf, float *vtogf, float *utogf, float *utobf);
 140
 141 // dont use pointers,
 142 //  offsets do not require indirect access
 143 #define rtoy16 (tab+0x00000)
 144 #define gtoy16 (tab+0x10000)
 145 #define btoy16 (tab+0x20000)
 146 #define rtou16 (tab+0x30000)
 147 #define gtou16 (tab+0x40000)
 148 #define btou16 (tab+0x50000)
 149 #define rtov16 (tab+0x60000)
 150 #define gtov16 (tab+0x70000)
 151 #define btov16 (tab+0x80000)
 152 #define ytab16 (tab+0x90000)
 153 #define vtor16 (tab+0xa0000)
 154 #define vtog16 (tab+0xb0000)
 155 #define utog16 (tab+0xc0000)
 156 #define utob16 (tab+0xd0000)
 157
 158 #define rtoy8 (tab+0xe0000)
 159 #define gtoy8 (tab+0xe0100)
 160 #define btoy8 (tab+0xe0200)
 161 #define rtou8 (tab+0xe0300)
 162 #define gtou8 (tab+0xe0400)
 163 #define btou8 (tab+0xe0500)
 164 #define rtov8 (tab+0xe0600)
 165 #define gtov8 (tab+0xe0700)
 166 #define btov8 (tab+0xe0800)
 167 #define ytab8 (tab+0xe0900)
 168 #define vtor8 (tab+0xe0a00)
 169 #define vtog8 (tab+0xe0b00)
 170 #define utog8 (tab+0xe0c00)
 171 #define utob8 (tab+0xe0d00)
 172
 173 #define vtor16f (tabf+0x00000)
 174 #define vtog16f (tabf+0x10000)
 175 #define utog16f (tabf+0x20000)
 176 #define utob16f (tabf+0x30000)
 177
 178 #define vtor8f (tabf+0x40000)
 179 #define vtog8f (tabf+0x40100)
 180 #define utog8f (tabf+0x40200)
 181 #define utob8f (tabf+0x40300)
 182
 183 public:
 184         YUV();
 185         ~YUV();
 186         void yuv_set_colors(int color_space, int color_range);
 187         inline int is_mpeg() { return mpeg; }
 188
 189         static YUV yuv;
 190         static float yuv_to_rgb_matrix[9];
 191         static float rgb_to_yuv_matrix[9];
 192         static float *const rgb_to_y_vector;
 193         inline float get_yminf() { return yminf; }
 194
 195 #define YUV_rgb_to_yuv_8(r,g,b, y,u,v) \
 196         y = iclip((rtoy8[r] + gtoy8[g] + btoy8[b] +  yzero) >> 16,  ymin8,  ymax8); \
 197         u = iclip((rtou8[r] + gtou8[g] + btou8[b] + uvzero) >> 16, uvmin8, uvmax8); \
 198         v = iclip((rtov8[r] + gtov8[g] + btov8[b] + uvzero) >> 16, uvmin8, uvmax8)
 199
 200         bc_always_inline void rgb_to_yuv_8(int r, int g, int b, int &y, int &u, int &v) {
 201                 YUV_rgb_to_yuv_8(r,g,b, y,u,v);
 202         }
 203         bc_always_inline void rgb_to_yuv_8(int r, int g, int b, uint8_t &y, uint8_t &u, uint8_t &v) {
 204                 YUV_rgb_to_yuv_8(r,g,b, y,u,v);
 205         }
 206         bc_always_inline void rgb_to_yuv_8(int &y, int &u, int &v) {
 207                 int r = y, g = u, b = v;  YUV_rgb_to_yuv_8(r, g, b, y, u, v);
 208         }
 209
 210 #define YUV_rgb_to_yuv_16(r,g,b, y,u,v) \
 211         y = iclip((rtoy16[r] + gtoy16[g] + btoy16[b] +  yzero) >> 8,  ymin16,  ymax16); \
 212         u = iclip((rtou16[r] + gtou16[g] + btou16[b] + uvzero) >> 8, uvmin16, uvmax16); \
 213         v = iclip((rtov16[r] + gtov16[g] + btov16[b] + uvzero) >> 8, uvmin16, uvmax16)
 214
 215         bc_always_inline void rgb_to_yuv_16(int r, int g, int b, int &y, int &u, int &v) {
 216                 YUV_rgb_to_yuv_16(r,g,b, y,u,v);
 217         }
 218         bc_always_inline void rgb_to_yuv_16(int r, int g, int b, uint16_t &y, uint16_t &u, uint16_t &v) {
 219                 YUV_rgb_to_yuv_16(r,g,b, y,u,v);
 220         }
 221         bc_always_inline void rgb_to_yuv_16(int &y, int &u, int &v) {
 222                 int r = y, g = u, b = v;
 223                 YUV_rgb_to_yuv_16(r, g, b, y, u, v);
 224         }
 225
 226         bc_always_inline void rgb_to_yuv_f(float r, float g, float b, float &y, float &u, float &v) {
 227                 y = r * r_to_y + g * g_to_y + b * b_to_y + yminf;
 228                 u = r * r_to_u + g * g_to_u + b * b_to_u;
 229                 v = r * r_to_v + g * g_to_v + b * b_to_v;
 230         }
 231         bc_always_inline void rgb_to_yuv_f(float r, float g, float b, uint8_t &y, uint8_t &u, uint8_t &v) {
 232                 int ir = iclip(r*0x100, 0, 0xff);
 233                 int ig = iclip(g*0x100, 0, 0xff);
 234                 int ib = iclip(b*0x100, 0, 0xff);
 235                 rgb_to_yuv_8(ir,ig,ib, y,u,v);
 236         }
 237         bc_always_inline void rgb_to_yuv_f(float r, float g, float b, uint16_t &y, uint16_t &u, uint16_t &v) {
 238                 int ir = iclip(r*0x10000, 0, 0xffff);
 239                 int ig = iclip(g*0x10000, 0, 0xffff);
 240                 int ib = iclip(b*0x10000, 0, 0xffff);
 241                 rgb_to_yuv_16(ir,ig,ib, y,u,v);
 242         }
 243
 244 #define YUV_yuv_to_rgb_8(r,g,b, y,u,v) \
 245         r = iclip((ytab8[y] + vtor8[v]) >> 16, 0, 0xff); \
 246         g = iclip((ytab8[y] + utog8[u] + vtog8[v]) >> 16, 0, 0xff); \
 247         b = iclip((ytab8[y] + utob8[u]) >> 16, 0, 0xff)
 248
 249         bc_always_inline void yuv_to_rgb_8(int &r, int &g, int &b, int y, int u, int v) {
 250                 YUV_yuv_to_rgb_8(r,g,b, y,u,v);
 251         }
 252         bc_always_inline void yuv_to_rgb_8(uint8_t &r, uint8_t &g, uint8_t &b, int y, int u, int v) {
 253                 YUV_yuv_to_rgb_8(r,g,b, y,u,v);
 254         }
 255         bc_always_inline void yuv_to_rgb_8(int &r, int &g, int &b) {
 256                 int y = r, u = g, v = b;  YUV_yuv_to_rgb_8(r,g,b, y,u,v);
 257         }
 258         bc_always_inline void yuv_to_rgb_8(float &r, float &g, float &b, int y, int u, int v) {
 259                 int ir, ig, ib;  yuv_to_rgb_8(ir,ig,ib, y,u,v);
 260                 float s = 1/255.f;  r = s*ir;  g = s*ig;  b = s*ib;
 261         }
 262
 263 #define YUV_yuv_to_rgb_16(r,g,b, y,u,v) \
 264         r = iclip((ytab16[y] + vtor16[v]) >> 8, 0, 0xffff); \
 265         g = iclip((ytab16[y] + utog16[u] + vtog16[v]) >> 8, 0, 0xffff); \
 266         b = iclip((ytab16[y] + utob16[u]) >> 8, 0, 0xffff)
 267
 268         bc_always_inline void yuv_to_rgb_16(int &r, int &g, int &b, int y, int u, int v) {
 269                 YUV_yuv_to_rgb_16(r,g,b, y,u,v);
 270         }
 271         bc_always_inline void yuv_to_rgb_16(uint16_t &r, uint16_t &g, uint16_t &b, int y, int u, int v) {
 272                 YUV_yuv_to_rgb_16(r,g,b, y,u,v);
 273         }
 274         bc_always_inline void yuv_to_rgb_16(int &r, int &g, int &b) {
 275                 int y = r, u = g, v = b;  YUV_yuv_to_rgb_16(r,g,b, y,u,v);
 276         }
 277         bc_always_inline void yuv_to_rgb_16(float &r, float &g, float &b, int y, int u, int v) {
 278                 int ir, ig, ib;  YUV_yuv_to_rgb_16(ir,ig,ib, y,u,v);
 279                 float s = 1/65535.f;  r = s*ir;  g = s*ig;  b = s*ib;
 280         }
 281
 282         bc_always_inline void yuv_to_rgb_f(float &r, float &g, float &b, float y, float u, float v) {
 283                 y = (y-yminf) / yrangef;
 284                 r = y + v_to_r * v;
 285                 g = y + u_to_g * u + v_to_g * v;
 286                 b = y + u_to_b * u;
 287         }
 288         bc_always_inline void yuv_to_rgb_f(float &r, float &g, float &b, uint8_t &y, uint8_t &u, uint8_t &v) {
 289                 yuv_to_rgb_8(r,g,b, y,u,v);
 290         }
 291         bc_always_inline void yuv_to_rgb_f(float &r, float &g, float &b, uint16_t &y, uint16_t &u, uint16_t &v) {
 292                 yuv_to_rgb_16(r,g,b, y,u,v);
 293         }
 294
 295         bc_always_inline int rgb_to_y_8(int r, int g, int b) {
 296                 return (rtoy8[r] + gtoy8[g] + btoy8[b] + yzero) >> 16;
 297         }
 298         bc_always_inline int rgb_to_y_16(int r, int g, int b) {
 299                 return (rtoy16[r] + gtoy16[g] + btoy16[b] + yzero) >> 8;
 300         }
 301         bc_always_inline float rgb_to_y_f(float r, float g, float b) {
 302                 return r * r_to_y + g * g_to_y + b * b_to_y + yminf;
 303         }
 304
 305 // For easier programming.  Doesn't do anything.
 306 // unused cases in macro expansions, mismatched argument types
 307         inline void yuv_to_rgb_8(float &r, float &g, float &b, float y, float u, float v) {}
 308         inline void yuv_to_rgb_16(float &r, float &g, float &b, float y, float u, float v) {}
 309         inline void yuv_to_rgb_f(int &r, int &g, int &b, int y, int u, int v) {}
 310         inline void yuv_to_rgb_f(uint8_t &r, uint8_t &g, uint8_t &b, int&y, int u, int v) {}
 311         inline void yuv_to_rgb_f(uint16_t &r, uint16_t &g, uint16_t &b, int y, int u, int v) {}
 312
 313         inline void rgb_to_yuv_8(float r, float g, float b, float &y, float &u, float &v) {}
 314         inline void rgb_to_yuv_16(float r, float g, float b, float &y, float &u, float &v) {}
 315         inline void rgb_to_yuv_f(int r, int g, int b, int &y, int &u, int &v) {}
 316         inline void rgb_to_yuv_f(uint8_t r, uint8_t g, uint8_t b, int &y, int &u, int &v) {}
 317         inline void rgb_to_yuv_f(uint16_t r, uint16_t g, uint16_t b, int &y, int &u, int &v) {}
 318 };
 319
 320
 321 class HSV
 322 {
 323 public:
 324         HSV();
 325         ~HSV();
 326
 327 // All units are 0 - 1
 328         static int rgb_to_hsv(float r, float g, float b, float &h, float &s, float &v);
 329         static int hsv_to_rgb(float &r, float &g, float &b, float h, float s, float v);
 330
 331 // YUV units are 0 - max.  HSV units are 0 - 1
 332         static int yuv_to_hsv(int y, int u, int v, float &h, float &s, float &va, int max);
 333         static int hsv_to_yuv(int &y, int &u, int &v, float h, float s, float va, int max);
 334 // Dummies for macros
 335         static int yuv_to_hsv(float y, float u, float v, float &h, float &s, float &va, float max) { return 0; };
 336         static int hsv_to_yuv(float &y, float &u, float &v, float h, float s, float va, float max) { return 0; };
 337 };
 338
 339 #endif