FFmpeg sws_scale分析2

在網上沒有看到有關SwsFilter的討論，看FFMpeg代碼，總結下面的分析結果。

sws_scale前後圖像濾波都定義爲歸一化的2維或者1維圖像卷積處理。每個濾波器有四個分量

typedef struct SwsFilter {
    SwsVector *lumH; // 亮度水平處理
    SwsVector *lumV; // 亮度垂直處理
    SwsVector *chrH; // 色度水平處理
    SwsVector *chrV; // 色度垂直處理
} SwsFilter;

一般都是2維水平和垂直按照相同的處理係數來濾波。

每個濾波器定義爲：

typedef struct SwsVector {
    double *coeff;              // 濾波器係數
    int length;                     // 濾波器長度
} SwsVector;

一般濾波器具有歸一化：length個coeff之和等於1;
對稱性：length一般爲奇數，coeff以中心爲軸左右對稱。

sws_scale庫裏定義了3種初始濾波器。

1. 高斯模糊 Gaussian Blur

   SwsVector *sws_getGaussianVec(double variance, double quality);
   //variance就是σ。quality=3.0。
   const int length = (int)(variance * quality + 0.5) | 1;
   double middle  = (length - 1) * 0.5;
   for (i = 0; i < length; i++) {
       double dist = i - middle;
       vec->coeff[i] = exp(-dist * dist / (2 * variance * variance)) / sqrt(2 * variance * M_PI);
   }

然後再歸一化vec->coeff[i]。

    // 這個公式和標準高斯公式不一樣，標準高斯函數公式如下
       vec->coeff[i] = exp(-dist * dist / (2 * variance * variance)) / (variance*sqrt(2 * M_PI));

下面是一些variance值計算出來的結果。
variance = 1.0 => length=3 0.2741 0.4519 0.2741
variance = 1.5 => length=5 0.1201 0.2339 0.2921 0.2339 0.1201
variance = 2.0 => length=7 0.0702 0.1311 0.1907 0.2161 0.1907 0.1311 0.0702
垂直方向濾波器length過大，不僅計算量增加，數據讀取的帶寬需求也增大，近似爲讀取length*frame_size數據。

2.銳化濾波器 Sharpen

    if (lumaSharpen != 0.0) {
        SwsVector *id = sws_getIdentityVec();
        sws_scaleVec(filter->lumH, -lumaSharpen);  // 所有點矢量乘 -lumaSharpen
        sws_addVec(filter->lumH, id);                         // 矢量加   
    }
    coeff[i] = i==(length-1)/2 ? 1 - lumaSharpen*coeff[i] : - lumaSharpen*coeff[i];

    中心點設爲1-lumaSharpen*coeff[i]，其他點設爲 -lumaSharpen*coeff[i].
    一般情況兩個矢量相加，以中心點對齊，左右兩邊分別相加，沒有的值補0.
    {a1, a2, a3} + {b1, b2, b3, b4, b5} = {b1, a1+b1, a2+b3, a3+b4, b5}
如已經使用高斯模糊得到濾波器爲：
length=5         0.1201 0.2339 0.2921 0.2339 0.1201
設lumaSharpen = 0.7; 結果爲
length=5        -0.0841 -0.1637 0.7955 -0.1637 -0.0841

3.色度移動濾波器 ChromaShift
    if (chromaHShift != 0.0)
        sws_shiftVec(filter->chrH, (int)(chromaHShift + 0.5));
    函數sws_getShiftedVec(SwsVector *a, int shift) 左移矢量a;如果shift小於0,右移
    移動後矢量長度爲 length = a->length + FFABS(shift) * 2;
    左移就是後面補 length - a->length個0
    右移就是前面補 length - a->length個0
例如chromaHShift = 1.3, shift = (int)(1.3+0.5) = 1;
移位後結果增加 |1|*2 = 2個; 正數左移後面補零
        a1, a2, a3, ... aN, 0.0000, 0.0000
例如chromaHShift = -3.1, shift = (int)(-3.1+0.5) = -2;
移位後結果增加 |-2|*2 = 4個; 負數左移前面補零
   0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 a1 a2 a3 ... aN
這個濾波器將色度位置移動，有什麼用處？？？

4. 設置初始濾波器的流程

SwsFilter *sws_getDefaultFilter(float lumaGBlur,    float chromaGBlur,
                                float lumaSharpen,  float chromaSharpen,
                                float chromaHShift, float chromaVShift,
                                int verbose);

參數float lumaGBlur, float chromaGBlur分別設置亮度和色度的高斯模糊參數。一般亮度做模糊，色度不做。
參數float lumaSharpen, float chromaSharpen分別設置亮度和色度的銳化參數。做高斯模糊後，物體邊緣也變得模糊，爲了減少這種影響，調用銳化濾波。如果不做高斯模糊，沒必要做銳化濾波。
參數float chromaHShift, float chromaVShift分別設置色度在水平和垂直兩方向上的色彩位移，不明白是什麼物理意義，還是固定爲0.0的好。
參數int verbose是控制打印濾波器參數，設置爲0。
在函數裏面亮度濾波器的設置流程是：
a. 如果lumaGBlur不爲0.0, 設置高斯濾波器；
b. 如果lumaSharpen不爲0.0, 在高斯濾波器上疊加銳化濾波；
c. 歸一化步驟2的濾波器，作爲最終的濾波器參數。

也可以按照需要設置自己的濾波器，但是都是做1維或者2維的卷積操作，所有有些濾波器也設置不出來。
例如線性拉伸處理。 g = k*f+b. f,g分別爲原始和處理後像素點值，k,b爲標量參數值。

基於計算複雜度的考慮，濾波器放置在圖像相對小的那一端，例如sws_scale做縮小處理，那麼濾波器在後端；如果做放大處理，濾波器放前端（個人建議）。