Merge commit '528daa399018af74d52192eb1861d2b59d256111'
[ffmpeg.git] / libavcodec / j2kenc.c
1 /*
2  * JPEG2000 image encoder
3  * Copyright (c) 2007 Kamil Nowosad
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * JPEG2000 image encoder
24  * @file
25  * @author Kamil Nowosad
26  */
27
28 #include <float.h>
29 #include "avcodec.h"
30 #include "internal.h"
31 #include "bytestream.h"
32 #include "j2k.h"
33 #include "libavutil/common.h"
34
35 #define NMSEDEC_BITS 7
36 #define NMSEDEC_FRACBITS (NMSEDEC_BITS-1)
37 #define WMSEDEC_SHIFT 13 ///< must be >= 13
38 #define LAMBDA_SCALE (100000000LL << (WMSEDEC_SHIFT - 13))
39
40 static int lut_nmsedec_ref [1<<NMSEDEC_BITS],
41            lut_nmsedec_ref0[1<<NMSEDEC_BITS],
42            lut_nmsedec_sig [1<<NMSEDEC_BITS],
43            lut_nmsedec_sig0[1<<NMSEDEC_BITS];
44
45 static const int dwt_norms[2][4][10] = { // [dwt_type][band][rlevel] (multiplied by 10000)
46     {{10000, 19650, 41770,  84030, 169000, 338400,  676900, 1353000, 2706000, 5409000},
47      {20220, 39890, 83550, 170400, 342700, 686300, 1373000, 2746000, 5490000},
48      {20220, 39890, 83550, 170400, 342700, 686300, 1373000, 2746000, 5490000},
49      {20800, 38650, 83070, 171800, 347100, 695900, 1393000, 2786000, 5572000}},
50
51     {{10000, 15000, 27500, 53750, 106800, 213400, 426700, 853300, 1707000, 3413000},
52      {10380, 15920, 29190, 57030, 113300, 226400, 452500, 904800, 1809000},
53      {10380, 15920, 29190, 57030, 113300, 226400, 452500, 904800, 1809000},
54      { 7186,  9218, 15860, 30430,  60190, 120100, 240000, 479700,  959300}}
55 };
56
57 typedef struct {
58    Jpeg2000Component *comp;
59 } Jpeg2000Tile;
60
61 typedef struct {
62     AVCodecContext *avctx;
63     AVFrame picture;
64
65     int width, height; ///< image width and height
66     uint8_t cbps[4]; ///< bits per sample in particular components
67     int chroma_shift[2];
68     uint8_t planar;
69     int ncomponents;
70     int tile_width, tile_height; ///< tile size
71     int numXtiles, numYtiles;
72
73     uint8_t *buf_start;
74     uint8_t *buf;
75     uint8_t *buf_end;
76     int bit_index;
77
78     int64_t lambda;
79
80     Jpeg2000CodingStyle codsty;
81     Jpeg2000QuantStyle  qntsty;
82
83     Jpeg2000Tile *tile;
84 } Jpeg2000EncoderContext;
85
86
87 /* debug */
88 #if 0
89 #undef ifprintf
90 #undef printf
91
92 static void nspaces(FILE *fd, int n)
93 {
94     while(n--) putc(' ', fd);
95 }
96
97 static void printcomp(Jpeg2000Component *comp)
98 {
99     int i;
100     for (i = 0; i < comp->y1 - comp->y0; i++)
101         ff_j2k_printv(comp->data + i * (comp->x1 - comp->x0), comp->x1 - comp->x0);
102 }
103
104 static void dump(Jpeg2000EncoderContext *s, FILE *fd)
105 {
106     int tileno, compno, reslevelno, bandno, precno;
107     fprintf(fd, "XSiz = %d, YSiz = %d, tile_width = %d, tile_height = %d\n"
108                 "numXtiles = %d, numYtiles = %d, ncomponents = %d\n"
109                 "tiles:\n",
110             s->width, s->height, s->tile_width, s->tile_height,
111             s->numXtiles, s->numYtiles, s->ncomponents);
112     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
113         Jpeg2000Tile *tile = s->tile + tileno;
114         nspaces(fd, 2);
115         fprintf(fd, "tile %d:\n", tileno);
116         for(compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
117             Jpeg2000Component *comp = tile->comp + compno;
118             nspaces(fd, 4);
119             fprintf(fd, "component %d:\n", compno);
120             nspaces(fd, 4);
121             fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d\n",
122                         comp->x0, comp->x1, comp->y0, comp->y1);
123             for(reslevelno = 0; reslevelno < s->nreslevels; reslevelno++){
124                 Jpeg2000ResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
125                 nspaces(fd, 6);
126                 fprintf(fd, "reslevel %d:\n", reslevelno);
127                 nspaces(fd, 6);
128                 fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d, nbands = %d\n",
129                         reslevel->x0, reslevel->x1, reslevel->y0,
130                         reslevel->y1, reslevel->nbands);
131                 for(bandno = 0; bandno < reslevel->nbands; bandno++){
132                     Jpeg2000Band *band = reslevel->band + bandno;
133                     nspaces(fd, 8);
134                     fprintf(fd, "band %d:\n", bandno);
135                     nspaces(fd, 8);
136                     fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d,"
137                                 "codeblock_width = %d, codeblock_height = %d cblknx = %d cblkny = %d\n",
138                                 band->x0, band->x1,
139                                 band->y0, band->y1,
140                                 band->codeblock_width, band->codeblock_height,
141                                 band->cblknx, band->cblkny);
142                     for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
143                         Jpeg2000Prec *prec = band->prec + precno;
144                         nspaces(fd, 10);
145                         fprintf(fd, "prec %d:\n", precno);
146                         nspaces(fd, 10);
147                         fprintf(fd, "xi0 = %d, xi1 = %d, yi0 = %d, yi1 = %d\n",
148                                      prec->xi0, prec->xi1, prec->yi0, prec->yi1);
149                     }
150                 }
151             }
152         }
153     }
154 }
155 #endif
156
157 /* bitstream routines */
158
159 /** put n times val bit */
160 static void put_bits(Jpeg2000EncoderContext *s, int val, int n) // TODO: optimize
161 {
162     while (n-- > 0){
163         if (s->bit_index == 8)
164         {
165             s->bit_index = *s->buf == 0xff;
166             *(++s->buf) = 0;
167         }
168         *s->buf |= val << (7 - s->bit_index++);
169     }
170 }
171
172 /** put n least significant bits of a number num */
173 static void put_num(Jpeg2000EncoderContext *s, int num, int n)
174 {
175     while(--n >= 0)
176         put_bits(s, (num >> n) & 1, 1);
177 }
178
179 /** flush the bitstream */
180 static void j2k_flush(Jpeg2000EncoderContext *s)
181 {
182     if (s->bit_index){
183         s->bit_index = 0;
184         s->buf++;
185     }
186 }
187
188 /* tag tree routines */
189
190 /** code the value stored in node */
191 static void tag_tree_code(Jpeg2000EncoderContext *s, Jpeg2000TgtNode *node, int threshold)
192 {
193     Jpeg2000TgtNode *stack[30];
194     int sp = 1, curval = 0;
195     stack[0] = node;
196
197     node = node->parent;
198     while(node){
199         if (node->vis){
200             curval = node->val;
201             break;
202         }
203         node->vis++;
204         stack[sp++] = node;
205         node = node->parent;
206     }
207     while(--sp >= 0){
208         if (stack[sp]->val >= threshold){
209             put_bits(s, 0, threshold - curval);
210             break;
211         }
212         put_bits(s, 0, stack[sp]->val - curval);
213         put_bits(s, 1, 1);
214         curval = stack[sp]->val;
215     }
216 }
217
218 /** update the value in node */
219 static void tag_tree_update(Jpeg2000TgtNode *node)
220 {
221     int lev = 0;
222     while (node->parent){
223         if (node->parent->val <= node->val)
224             break;
225         node->parent->val = node->val;
226         node = node->parent;
227         lev++;
228     }
229 }
230
231 static int put_siz(Jpeg2000EncoderContext *s)
232 {
233     int i;
234
235     if (s->buf_end - s->buf < 40 + 3 * s->ncomponents)
236         return -1;
237
238     bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_SIZ);
239     bytestream_put_be16(&s->buf, 38 + 3 * s->ncomponents); // Lsiz
240     bytestream_put_be16(&s->buf, 0); // Rsiz
241     bytestream_put_be32(&s->buf, s->width); // width
242     bytestream_put_be32(&s->buf, s->height); // height
243     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // X0Siz
244     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // Y0Siz
245
246     bytestream_put_be32(&s->buf, s->tile_width); // XTSiz
247     bytestream_put_be32(&s->buf, s->tile_height); // YTSiz
248     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // XT0Siz
249     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // YT0Siz
250     bytestream_put_be16(&s->buf, s->ncomponents); // CSiz
251
252     for (i = 0; i < s->ncomponents; i++){ // Ssiz_i XRsiz_i, YRsiz_i
253         bytestream_put_byte(&s->buf, 7);
254         bytestream_put_byte(&s->buf, i?1<<s->chroma_shift[0]:1);
255         bytestream_put_byte(&s->buf, i?1<<s->chroma_shift[1]:1);
256     }
257     return 0;
258 }
259
260 static int put_cod(Jpeg2000EncoderContext *s)
261 {
262     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
263
264     if (s->buf_end - s->buf < 14)
265         return -1;
266
267     bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_COD);
268     bytestream_put_be16(&s->buf, 12); // Lcod
269     bytestream_put_byte(&s->buf, 0);  // Scod
270     // SGcod
271     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // progression level
272     bytestream_put_be16(&s->buf, 1); // num of layers
273     if(s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P){
274         bytestream_put_byte(&s->buf, 2); // ICT
275     }else{
276         bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // unspecified
277     }
278     // SPcod
279     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->nreslevels - 1); // num of decomp. levels
280     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->log2_cblk_width-2); // cblk width
281     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->log2_cblk_height-2); // cblk height
282     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // cblk style
283     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->transform); // transformation
284     return 0;
285 }
286
287 static int put_qcd(Jpeg2000EncoderContext *s, int compno)
288 {
289     int i, size;
290     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
291     Jpeg2000QuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
292
293     if (qntsty->quantsty == JPEG2000_QSTY_NONE)
294         size = 4 + 3 * (codsty->nreslevels-1);
295     else // QSTY_SE
296         size = 5 + 6 * (codsty->nreslevels-1);
297
298     if (s->buf_end - s->buf < size + 2)
299         return -1;
300
301     bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_QCD);
302     bytestream_put_be16(&s->buf, size);  // LQcd
303     bytestream_put_byte(&s->buf, (qntsty->nguardbits << 5) | qntsty->quantsty);  // Sqcd
304     if (qntsty->quantsty == JPEG2000_QSTY_NONE)
305         for (i = 0; i < codsty->nreslevels * 3 - 2; i++)
306             bytestream_put_byte(&s->buf, qntsty->expn[i] << 3);
307     else // QSTY_SE
308         for (i = 0; i < codsty->nreslevels * 3 - 2; i++)
309             bytestream_put_be16(&s->buf, (qntsty->expn[i] << 11) | qntsty->mant[i]);
310     return 0;
311 }
312
313 static uint8_t *put_sot(Jpeg2000EncoderContext *s, int tileno)
314 {
315     uint8_t *psotptr;
316
317     if (s->buf_end - s->buf < 12)
318         return NULL;
319
320     bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_SOT);
321     bytestream_put_be16(&s->buf, 10); // Lsot
322     bytestream_put_be16(&s->buf, tileno); // Isot
323
324     psotptr = s->buf;
325     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // Psot (filled in later)
326
327     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // TPsot
328     bytestream_put_byte(&s->buf, 1); // TNsot
329     return psotptr;
330 }
331
332 /**
333  * compute the sizes of tiles, resolution levels, bands, etc.
334  * allocate memory for them
335  * divide the input image into tile-components
336  */
337 static int init_tiles(Jpeg2000EncoderContext *s)
338 {
339     int tileno, tilex, tiley, compno;
340     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
341     Jpeg2000QuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
342
343     s->numXtiles = ff_jpeg2000_ceildiv(s->width, s->tile_width);
344     s->numYtiles = ff_jpeg2000_ceildiv(s->height, s->tile_height);
345
346     s->tile = av_malloc(s->numXtiles * s->numYtiles * sizeof(Jpeg2000Tile));
347     if (!s->tile)
348         return AVERROR(ENOMEM);
349     for (tileno = 0, tiley = 0; tiley < s->numYtiles; tiley++)
350         for (tilex = 0; tilex < s->numXtiles; tilex++, tileno++){
351             Jpeg2000Tile *tile = s->tile + tileno;
352
353             tile->comp = av_mallocz(s->ncomponents * sizeof(Jpeg2000Component));
354             if (!tile->comp)
355                 return AVERROR(ENOMEM);
356             for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
357                 Jpeg2000Component *comp = tile->comp + compno;
358                 int ret, i, j;
359
360                 comp->coord[0][0] = comp->coord_o[0][0] = tilex * s->tile_width;
361                 comp->coord[0][1] = comp->coord_o[0][1] = FFMIN((tilex+1)*s->tile_width, s->width);
362                 comp->coord[1][0] = comp->coord_o[1][0] = tiley * s->tile_height;
363                 comp->coord[1][1] = comp->coord_o[1][1] = FFMIN((tiley+1)*s->tile_height, s->height);
364                 if (compno > 0)
365                     for (i = 0; i < 2; i++)
366                         for (j = 0; j < 2; j++)
367                             comp->coord[i][j] = comp->coord_o[i][j] = ff_jpeg2000_ceildivpow2(comp->coord[i][j], s->chroma_shift[i]);
368
369                 if (ret = ff_j2k_init_component(comp,
370                                                 codsty,
371                                                 qntsty,
372                                                 s->cbps[compno],
373                                                 compno?1<<s->chroma_shift[0]:1,
374                                                 compno?1<<s->chroma_shift[1]:1,
375                                                 s->avctx
376                                                ))
377                     return ret;
378             }
379         }
380     return 0;
381 }
382
383 static void copy_frame(Jpeg2000EncoderContext *s)
384 {
385     int tileno, compno, i, y, x;
386     uint8_t *line;
387     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
388         Jpeg2000Tile *tile = s->tile + tileno;
389         if (s->planar){
390             for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
391                 Jpeg2000Component *comp = tile->comp + compno;
392                 int *dst = comp->data;
393                 line = s->picture.data[compno]
394                        + comp->coord[1][0] * s->picture.linesize[compno]
395                        + comp->coord[0][0];
396                 for (y = comp->coord[1][0]; y < comp->coord[1][1]; y++){
397                     uint8_t *ptr = line;
398                     for (x = comp->coord[0][0]; x < comp->coord[0][1]; x++)
399                         *dst++ = *ptr++ - (1 << 7);
400                     line += s->picture.linesize[compno];
401                 }
402             }
403         } else{
404             line = s->picture.data[0] + tile->comp[0].coord[1][0] * s->picture.linesize[0]
405                    + tile->comp[0].coord[0][0] * s->ncomponents;
406
407             i = 0;
408             for (y = tile->comp[0].coord[1][0]; y < tile->comp[0].coord[1][1]; y++){
409                 uint8_t *ptr = line;
410                 for (x = tile->comp[0].coord[0][0]; x < tile->comp[0].coord[0][1]; x++, i++){
411                     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
412                         tile->comp[compno].data[i] = *ptr++  - (1 << 7);
413                     }
414                 }
415                 line += s->picture.linesize[0];
416             }
417         }
418     }
419 }
420
421 static void init_quantization(Jpeg2000EncoderContext *s)
422 {
423     int compno, reslevelno, bandno;
424     Jpeg2000QuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
425     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
426
427     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
428         int gbandno = 0;
429         for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
430             int nbands, lev = codsty->nreslevels - reslevelno - 1;
431             nbands = reslevelno ? 3 : 1;
432             for (bandno = 0; bandno < nbands; bandno++, gbandno++){
433                 int expn, mant;
434
435                 if (codsty->transform == FF_DWT97){
436                     int bandpos = bandno + (reslevelno>0),
437                         ss = 81920000 / dwt_norms[0][bandpos][lev],
438                         log = av_log2(ss);
439                     mant = (11 - log < 0 ? ss >> log - 11 : ss << 11 - log) & 0x7ff;
440                     expn = s->cbps[compno] - log + 13;
441                 } else
442                     expn = ((bandno&2)>>1) + (reslevelno>0) + s->cbps[compno];
443
444                 qntsty->expn[gbandno] = expn;
445                 qntsty->mant[gbandno] = mant;
446             }
447         }
448     }
449 }
450
451 static void init_luts(void)
452 {
453     int i, a,
454         mask = ~((1<<NMSEDEC_FRACBITS)-1);
455
456     for (i = 0; i < (1 << NMSEDEC_BITS); i++){
457         lut_nmsedec_sig[i]  = FFMAX(6*i - (9<<NMSEDEC_FRACBITS-1) << 12-NMSEDEC_FRACBITS, 0);
458         lut_nmsedec_sig0[i] = FFMAX((i*i + (1<<NMSEDEC_FRACBITS-1) & mask) << 1, 0);
459
460         a = (i >> (NMSEDEC_BITS-2)&2) + 1;
461         lut_nmsedec_ref[i]  = FFMAX((-2*i + (1<<NMSEDEC_FRACBITS) + a*i - (a*a<<NMSEDEC_FRACBITS-2))
462                                     << 13-NMSEDEC_FRACBITS, 0);
463         lut_nmsedec_ref0[i] = FFMAX(((i*i + (1-4*i << NMSEDEC_FRACBITS-1) + (1<<2*NMSEDEC_FRACBITS)) & mask)
464                                     << 1, 0);
465     }
466 }
467
468 /* tier-1 routines */
469 static int getnmsedec_sig(int x, int bpno)
470 {
471     if (bpno > NMSEDEC_FRACBITS)
472         return lut_nmsedec_sig[(x >> (bpno - NMSEDEC_FRACBITS)) & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
473     return lut_nmsedec_sig0[x & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
474 }
475
476 static int getnmsedec_ref(int x, int bpno)
477 {
478     if (bpno > NMSEDEC_FRACBITS)
479         return lut_nmsedec_ref[(x >> (bpno - NMSEDEC_FRACBITS)) & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
480     return lut_nmsedec_ref0[x & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
481 }
482
483 static void encode_sigpass(Jpeg2000T1Context *t1, int width, int height, int bandno, int *nmsedec, int bpno)
484 {
485     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
486     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
487         for (x = 0; x < width; x++)
488             for (y = y0; y < height && y < y0+4; y++){
489                 if (!(t1->flags[y+1][x+1] & JPEG2000_T1_SIG) && (t1->flags[y+1][x+1] & JPEG2000_T1_SIG_NB)){
490                     int ctxno = ff_jpeg2000_getsigctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno),
491                         bit = t1->data[y][x] & mask ? 1 : 0;
492                     ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, bit);
493                     if (bit){
494                         int xorbit;
495                         int ctxno = ff_jpeg2000_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
496                         ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
497                         *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
498                         ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
499                     }
500                     t1->flags[y+1][x+1] |= JPEG2000_T1_VIS;
501                 }
502             }
503 }
504
505 static void encode_refpass(Jpeg2000T1Context *t1, int width, int height, int *nmsedec, int bpno)
506 {
507     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
508     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
509         for (x = 0; x < width; x++)
510             for (y = y0; y < height && y < y0+4; y++)
511                 if ((t1->flags[y+1][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG | JPEG2000_T1_VIS)) == JPEG2000_T1_SIG){
512                     int ctxno = ff_jpeg2000_getrefctxno(t1->flags[y+1][x+1]);
513                     *nmsedec += getnmsedec_ref(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
514                     ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
515                     t1->flags[y+1][x+1] |= JPEG2000_T1_REF;
516                 }
517 }
518
519 static void encode_clnpass(Jpeg2000T1Context *t1, int width, int height, int bandno, int *nmsedec, int bpno)
520 {
521     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
522     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
523         for (x = 0; x < width; x++){
524             if (y0 + 3 < height && !(
525             (t1->flags[y0+1][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG_NB | JPEG2000_T1_VIS | JPEG2000_T1_SIG)) ||
526             (t1->flags[y0+2][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG_NB | JPEG2000_T1_VIS | JPEG2000_T1_SIG)) ||
527             (t1->flags[y0+3][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG_NB | JPEG2000_T1_VIS | JPEG2000_T1_SIG)) ||
528             (t1->flags[y0+4][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG_NB | JPEG2000_T1_VIS | JPEG2000_T1_SIG))))
529             {
530                 // aggregation mode
531                 int rlen;
532                 for (rlen = 0; rlen < 4; rlen++)
533                     if (t1->data[y0+rlen][x] & mask)
534                         break;
535                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_RL, rlen != 4);
536                 if (rlen == 4)
537                     continue;
538                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_UNI, rlen >> 1);
539                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_UNI, rlen & 1);
540                 for (y = y0 + rlen; y < y0 + 4; y++){
541                     if (!(t1->flags[y+1][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG | JPEG2000_T1_VIS))){
542                         int ctxno = ff_jpeg2000_getsigctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno);
543                         if (y > y0 + rlen)
544                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
545                         if (t1->data[y][x] & mask){ // newly significant
546                             int xorbit;
547                             int ctxno = ff_jpeg2000_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
548                             *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
549                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
550                             ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
551                         }
552                     }
553                     t1->flags[y+1][x+1] &= ~JPEG2000_T1_VIS;
554                 }
555             } else{
556                 for (y = y0; y < y0 + 4 && y < height; y++){
557                     if (!(t1->flags[y+1][x+1] & (JPEG2000_T1_SIG | JPEG2000_T1_VIS))){
558                         int ctxno = ff_jpeg2000_getsigctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno);
559                         ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
560                         if (t1->data[y][x] & mask){ // newly significant
561                             int xorbit;
562                             int ctxno = ff_jpeg2000_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
563                             *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
564                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
565                             ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
566                         }
567                     }
568                     t1->flags[y+1][x+1] &= ~JPEG2000_T1_VIS;
569                 }
570             }
571         }
572 }
573
574 static void encode_cblk(Jpeg2000EncoderContext *s, Jpeg2000T1Context *t1, Jpeg2000Cblk *cblk, Jpeg2000Tile *tile,
575                         int width, int height, int bandpos, int lev)
576 {
577     int pass_t = 2, passno, x, y, max=0, nmsedec, bpno;
578     int64_t wmsedec = 0;
579
580     for (y = 0; y < height+2; y++)
581         memset(t1->flags[y], 0, (width+2)*sizeof(int));
582
583     for (y = 0; y < height; y++){
584         for (x = 0; x < width; x++){
585             if (t1->data[y][x] < 0){
586                 t1->flags[y+1][x+1] |= JPEG2000_T1_SGN;
587                 t1->data[y][x] = -t1->data[y][x];
588             }
589             max = FFMAX(max, t1->data[y][x]);
590         }
591     }
592
593     if (max == 0){
594         cblk->nonzerobits = 0;
595         bpno = 0;
596     } else{
597         cblk->nonzerobits = av_log2(max) + 1 - NMSEDEC_FRACBITS;
598         bpno = cblk->nonzerobits - 1;
599     }
600
601     ff_mqc_initenc(&t1->mqc, cblk->data);
602
603     for (passno = 0; bpno >= 0; passno++){
604         nmsedec=0;
605
606         switch(pass_t){
607             case 0: encode_sigpass(t1, width, height, bandpos, &nmsedec, bpno);
608                     break;
609             case 1: encode_refpass(t1, width, height, &nmsedec, bpno);
610                     break;
611             case 2: encode_clnpass(t1, width, height, bandpos, &nmsedec, bpno);
612                     break;
613         }
614
615         cblk->passes[passno].rate = 3 + ff_mqc_length(&t1->mqc);
616         wmsedec += (int64_t)nmsedec << (2*bpno);
617         cblk->passes[passno].disto = wmsedec;
618
619         if (++pass_t == 3){
620             pass_t = 0;
621             bpno--;
622         }
623     }
624     cblk->npasses = passno;
625     cblk->ninclpasses = passno;
626
627     // TODO: optional flush on each pass
628     cblk->passes[passno-1].rate = ff_mqc_flush(&t1->mqc);
629 }
630
631 /* tier-2 routines: */
632
633 static void putnumpasses(Jpeg2000EncoderContext *s, int n)
634 {
635     if (n == 1)
636         put_num(s, 0, 1);
637     else if (n == 2)
638         put_num(s, 2, 2);
639     else if (n <= 5)
640         put_num(s, 0xc | (n-3), 4);
641     else if (n <= 36)
642         put_num(s, 0x1e0 | (n-6), 9);
643     else
644         put_num(s, 0xff80 | (n-37), 16);
645 }
646
647
648 static int encode_packet(Jpeg2000EncoderContext *s, Jpeg2000ResLevel *rlevel, int precno,
649                           uint8_t *expn, int numgbits)
650 {
651     int bandno, empty = 1;
652
653     // init bitstream
654     *s->buf = 0;
655     s->bit_index = 0;
656
657     // header
658
659     // is the packet empty?
660     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
661         if (rlevel->band[bandno].coord[0][0] < rlevel->band[bandno].coord[0][1]
662         &&  rlevel->band[bandno].coord[1][0] < rlevel->band[bandno].coord[1][1]){
663             empty = 0;
664             break;
665         }
666     }
667
668     put_bits(s, !empty, 1);
669     if (empty){
670         j2k_flush(s);
671         return 0;
672     }
673
674     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
675         Jpeg2000Band *band = rlevel->band + bandno;
676         Jpeg2000Prec *prec = band->prec + precno;
677         int yi, xi, pos;
678         int cblknw = prec->nb_codeblocks_width;
679
680         if (band->coord[0][0] == band->coord[0][1]
681         ||  band->coord[1][0] == band->coord[1][1])
682             continue;
683
684         for (pos=0, yi = 0; yi < prec->nb_codeblocks_height; yi++){
685             for (xi = 0; xi < cblknw; xi++, pos++){
686                 prec->cblkincl[pos].val = prec->cblk[yi * cblknw + xi].ninclpasses == 0;
687                 tag_tree_update(prec->cblkincl + pos);
688                 prec->zerobits[pos].val = expn[bandno] + numgbits - 1 - prec->cblk[yi * cblknw + xi].nonzerobits;
689                 tag_tree_update(prec->zerobits + pos);
690             }
691         }
692
693         for (pos=0, yi = 0; yi < prec->nb_codeblocks_height; yi++){
694             for (xi = 0; xi < cblknw; xi++, pos++){
695                 int pad = 0, llen, length;
696                 Jpeg2000Cblk *cblk = prec->cblk + yi * cblknw + xi;
697
698                 if (s->buf_end - s->buf < 20) // approximately
699                     return -1;
700
701                 // inclusion information
702                 tag_tree_code(s, prec->cblkincl + pos, 1);
703                 if (!cblk->ninclpasses)
704                     continue;
705                 // zerobits information
706                 tag_tree_code(s, prec->zerobits + pos, 100);
707                 // number of passes
708                 putnumpasses(s, cblk->ninclpasses);
709
710                 length = cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate;
711                 llen = av_log2(length) - av_log2(cblk->ninclpasses) - 2;
712                 if (llen < 0){
713                     pad = -llen;
714                     llen = 0;
715                 }
716                 // length of code block
717                 put_bits(s, 1, llen);
718                 put_bits(s, 0, 1);
719                 put_num(s, length, av_log2(length)+1+pad);
720             }
721         }
722     }
723     j2k_flush(s);
724     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
725         Jpeg2000Band *band = rlevel->band + bandno;
726         Jpeg2000Prec *prec = band->prec + precno;
727         int yi, cblknw = prec->nb_codeblocks_width;
728         for (yi =0; yi < prec->nb_codeblocks_height; yi++){
729             int xi;
730             for (xi = 0; xi < cblknw; xi++){
731                 Jpeg2000Cblk *cblk = prec->cblk + yi * cblknw + xi;
732                 if (cblk->ninclpasses){
733                     if (s->buf_end - s->buf < cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate)
734                         return -1;
735                     bytestream_put_buffer(&s->buf, cblk->data, cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate);
736                 }
737             }
738         }
739     }
740     return 0;
741 }
742
743 static int encode_packets(Jpeg2000EncoderContext *s, Jpeg2000Tile *tile, int tileno)
744 {
745     int compno, reslevelno, ret;
746     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
747     Jpeg2000QuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
748
749     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "tier2\n");
750     // lay-rlevel-comp-pos progression
751     for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
752         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
753             int precno;
754             Jpeg2000ResLevel *reslevel = s->tile[tileno].comp[compno].reslevel + reslevelno;
755             for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
756                 if (ret = encode_packet(s, reslevel, precno, qntsty->expn + (reslevelno ? 3*reslevelno-2 : 0),
757                               qntsty->nguardbits))
758                     return ret;
759             }
760         }
761     }
762     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after tier2\n");
763     return 0;
764 }
765
766 static int getcut(Jpeg2000Cblk *cblk, int64_t lambda, int dwt_norm)
767 {
768     int passno, res = 0;
769     for (passno = 0; passno < cblk->npasses; passno++){
770         int dr;
771         int64_t dd;
772
773         dr = cblk->passes[passno].rate
774            - (res ? cblk->passes[res-1].rate:0);
775         dd = cblk->passes[passno].disto
776            - (res ? cblk->passes[res-1].disto:0);
777
778         if (((dd * dwt_norm) >> WMSEDEC_SHIFT) * dwt_norm >= dr * lambda)
779             res = passno+1;
780     }
781     return res;
782 }
783
784 static void truncpasses(Jpeg2000EncoderContext *s, Jpeg2000Tile *tile)
785 {
786     int precno, compno, reslevelno, bandno, cblkno, lev;
787     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
788
789     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
790         Jpeg2000Component *comp = tile->comp + compno;
791
792         for (reslevelno = 0, lev = codsty->nreslevels-1; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++, lev--){
793             Jpeg2000ResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
794
795             for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
796                 for (bandno = 0; bandno < reslevel->nbands ; bandno++){
797                     int bandpos = bandno + (reslevelno > 0);
798                     Jpeg2000Band *band = reslevel->band + bandno;
799                     Jpeg2000Prec *prec = band->prec + precno;
800
801                     for (cblkno = 0; cblkno < prec->nb_codeblocks_height * prec->nb_codeblocks_width; cblkno++){
802                         Jpeg2000Cblk *cblk = prec->cblk + cblkno;
803
804                         cblk->ninclpasses = getcut(cblk, s->lambda,
805                                 (int64_t)dwt_norms[codsty->transform][bandpos][lev] * (int64_t)band->stepsize >> 16);
806                     }
807                 }
808             }
809         }
810     }
811 }
812
813 static int encode_tile(Jpeg2000EncoderContext *s, Jpeg2000Tile *tile, int tileno)
814 {
815     int compno, reslevelno, bandno, ret;
816     Jpeg2000T1Context t1;
817     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
818     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
819         Jpeg2000Component *comp = s->tile[tileno].comp + compno;
820
821         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,"dwt\n");
822         if (ret = ff_dwt_encode(&comp->dwt, comp->data))
823             return ret;
824         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,"after dwt -> tier1\n");
825
826         for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
827             Jpeg2000ResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
828
829             for (bandno = 0; bandno < reslevel->nbands ; bandno++){
830                 Jpeg2000Band *band = reslevel->band + bandno;
831                 Jpeg2000Prec *prec = band->prec; // we support only 1 precinct per band ATM in the encoder
832                 int cblkx, cblky, cblkno=0, xx0, x0, xx1, y0, yy0, yy1, bandpos;
833                 yy0 = bandno == 0 ? 0 : comp->reslevel[reslevelno-1].coord[1][1] - comp->reslevel[reslevelno-1].coord[1][0];
834                 y0 = yy0;
835                 yy1 = FFMIN(ff_jpeg2000_ceildivpow2(band->coord[1][0] + 1, band->log2_cblk_height) << band->log2_cblk_height,
836                             band->coord[1][1]) - band->coord[1][0] + yy0;
837
838                 if (band->coord[0][0] == band->coord[0][1] || band->coord[1][0] == band->coord[1][1])
839                     continue;
840
841                 bandpos = bandno + (reslevelno > 0);
842
843                 for (cblky = 0; cblky < prec->nb_codeblocks_height; cblky++){
844                     if (reslevelno == 0 || bandno == 1)
845                         xx0 = 0;
846                     else
847                         xx0 = comp->reslevel[reslevelno-1].coord[0][1] - comp->reslevel[reslevelno-1].coord[0][0];
848                     x0 = xx0;
849                     xx1 = FFMIN(ff_jpeg2000_ceildivpow2(band->coord[0][0] + 1, band->log2_cblk_width) << band->log2_cblk_width,
850                                 band->coord[0][1]) - band->coord[0][0] + xx0;
851
852                     for (cblkx = 0; cblkx < prec->nb_codeblocks_width; cblkx++, cblkno++){
853                         int y, x;
854                         if (codsty->transform == FF_DWT53){
855                             for (y = yy0; y < yy1; y++){
856                                 int *ptr = t1.data[y-yy0];
857                                 for (x = xx0; x < xx1; x++){
858                                     *ptr++ = comp->data[(comp->coord[0][1] - comp->coord[0][0]) * y + x] << NMSEDEC_FRACBITS;
859                                 }
860                             }
861                         } else{
862                             for (y = yy0; y < yy1; y++){
863                                 int *ptr = t1.data[y-yy0];
864                                 for (x = xx0; x < xx1; x++){
865                                     *ptr = (comp->data[(comp->coord[0][1] - comp->coord[0][0]) * y + x]);
866                                     *ptr = (int64_t)*ptr * (int64_t)(16384 * 65536 / band->stepsize) >> 14 - NMSEDEC_FRACBITS;
867                                     ptr++;
868                                 }
869                             }
870                         }
871                         encode_cblk(s, &t1, prec->cblk + cblkno, tile, xx1 - xx0, yy1 - yy0,
872                                     bandpos, codsty->nreslevels - reslevelno - 1);
873                         xx0 = xx1;
874                         xx1 = FFMIN(xx1 + (1 << band->log2_cblk_width), band->coord[0][1] - band->coord[0][0] + x0);
875                     }
876                     yy0 = yy1;
877                     yy1 = FFMIN(yy1 + (1 << band->log2_cblk_height), band->coord[1][1] - band->coord[1][0] + y0);
878                 }
879             }
880         }
881         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after tier1\n");
882     }
883
884     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "rate control\n");
885     truncpasses(s, tile);
886     if (ret = encode_packets(s, tile, tileno))
887         return ret;
888     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after rate control\n");
889     return 0;
890 }
891
892 static void cleanup(Jpeg2000EncoderContext *s)
893 {
894     int tileno, compno;
895     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
896
897     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
898         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
899             Jpeg2000Component *comp = s->tile[tileno].comp + compno;
900             ff_j2k_cleanup(comp, codsty);
901         }
902         av_freep(&s->tile[tileno].comp);
903     }
904     av_freep(&s->tile);
905 }
906
907 static void reinit(Jpeg2000EncoderContext *s)
908 {
909     int tileno, compno;
910     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
911         Jpeg2000Tile *tile = s->tile + tileno;
912         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++)
913             ff_j2k_reinit(tile->comp + compno, &s->codsty);
914     }
915 }
916
917 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
918                         const AVFrame *pict, int *got_packet)
919 {
920     int tileno, ret;
921     Jpeg2000EncoderContext *s = avctx->priv_data;
922
923     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width*avctx->height*9 + FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0)
924         return ret;
925
926     // init:
927     s->buf = s->buf_start = pkt->data;
928     s->buf_end = pkt->data + pkt->size;
929
930     s->picture = *pict;
931     avctx->coded_frame= &s->picture;
932
933     s->lambda = s->picture.quality * LAMBDA_SCALE;
934
935     copy_frame(s);
936     reinit(s);
937
938     if (s->buf_end - s->buf < 2)
939         return -1;
940     bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_SOC);
941     if (ret = put_siz(s))
942         return ret;
943     if (ret = put_cod(s))
944         return ret;
945     if (ret = put_qcd(s, 0))
946         return ret;
947
948     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
949         uint8_t *psotptr;
950         if (!(psotptr = put_sot(s, tileno)))
951             return -1;
952         if (s->buf_end - s->buf < 2)
953             return -1;
954         bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_SOD);
955         if (ret = encode_tile(s, s->tile + tileno, tileno))
956             return ret;
957         bytestream_put_be32(&psotptr, s->buf - psotptr + 6);
958     }
959     if (s->buf_end - s->buf < 2)
960         return -1;
961     bytestream_put_be16(&s->buf, JPEG2000_EOC);
962
963     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "end\n");
964     pkt->size = s->buf - s->buf_start;
965     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
966     *got_packet = 1;
967
968     return 0;
969 }
970
971 static av_cold int j2kenc_init(AVCodecContext *avctx)
972 {
973     int i, ret;
974     Jpeg2000EncoderContext *s = avctx->priv_data;
975     Jpeg2000CodingStyle *codsty = &s->codsty;
976     Jpeg2000QuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
977
978     s->avctx = avctx;
979     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "init\n");
980
981     // defaults:
982     // TODO: implement setting non-standard precinct size
983     memset(codsty->log2_prec_widths , 15, sizeof(codsty->log2_prec_widths ));
984     memset(codsty->log2_prec_heights, 15, sizeof(codsty->log2_prec_heights));
985     codsty->nreslevels2decode=
986     codsty->nreslevels       = 7;
987     codsty->log2_cblk_width  = 4;
988     codsty->log2_cblk_height = 4;
989     codsty->transform        = avctx->prediction_method;
990
991     qntsty->nguardbits       = 1;
992
993     s->tile_width            = 256;
994     s->tile_height           = 256;
995
996     if (codsty->transform == FF_DWT53)
997         qntsty->quantsty = JPEG2000_QSTY_NONE;
998     else
999         qntsty->quantsty = JPEG2000_QSTY_SE;
1000
1001     s->width = avctx->width;
1002     s->height = avctx->height;
1003
1004     for (i = 0; i < 3; i++)
1005         s->cbps[i] = 8;
1006
1007     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24){
1008         s->ncomponents = 3;
1009     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8){
1010         s->ncomponents = 1;
1011     } else{ // planar YUV
1012         s->planar = 1;
1013         s->ncomponents = 3;
1014         avcodec_get_chroma_sub_sample(avctx->pix_fmt,
1015                 s->chroma_shift, s->chroma_shift + 1);
1016     }
1017
1018     ff_jpeg2000_init_tier1_luts();
1019
1020     init_luts();
1021
1022     init_quantization(s);
1023     if (ret=init_tiles(s))
1024         return ret;
1025
1026     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after init\n");
1027
1028     return 0;
1029 }
1030
1031 static int j2kenc_destroy(AVCodecContext *avctx)
1032 {
1033     Jpeg2000EncoderContext *s = avctx->priv_data;
1034
1035     cleanup(s);
1036     return 0;
1037 }
1038
1039 AVCodec ff_j2k_encoder = {
1040     .name           = "j2k",
1041     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1042     .id             = AV_CODEC_ID_JPEG2000,
1043     .priv_data_size = sizeof(Jpeg2000EncoderContext),
1044     .init           = j2kenc_init,
1045     .encode2        = encode_frame,
1046     .close          = j2kenc_destroy,
1047     .capabilities   = CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1048     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG 2000"),
1049     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
1050         AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_GRAY8,
1051 /*      AV_PIX_FMT_YUV420P,
1052         AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
1053         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,*/
1054         AV_PIX_FMT_NONE
1055     }
1056 };