vp9: decode_mode context optimizations.
[ffmpeg.git] / libavcodec / jpeg2000dwt.c
1 /*
2  * Discrete wavelet transform
3  * Copyright (c) 2007 Kamil Nowosad
4  * Copyright (c) 2013 Nicolas Bertrand <nicoinattendu@gmail.com>
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * Discrete wavelet transform
26  */
27
28 #include "libavutil/common.h"
29 #include "libavutil/mem.h"
30 #include "jpeg2000dwt.h"
31 #include "internal.h"
32
33 /* Defines for 9/7 DWT lifting parameters.
34  * Parameters are in float. */
35 #define F_LFTG_ALPHA  1.586134342059924f
36 #define F_LFTG_BETA   0.052980118572961f
37 #define F_LFTG_GAMMA  0.882911075530934f
38 #define F_LFTG_DELTA  0.443506852043971f
39 #define F_LFTG_K      1.230174104914001f
40 #define F_LFTG_X      1.625732422f
41 /* FIXME: Why use 1.625732422 instead of 1/F_LFTG_K?
42  * Incorrect value in JPEG2000 norm.
43  * see (ISO/IEC 15444:1 (version 2002) F.3.8.2 */
44
45 /* Lifting parameters in integer format.
46  * Computed as param = (float param) * (1 << 16) */
47 #define I_LFTG_ALPHA  103949
48 #define I_LFTG_BETA     3472
49 #define I_LFTG_GAMMA   57862
50 #define I_LFTG_DELTA   29066
51 #define I_LFTG_K       80621
52 #define I_LFTG_X      106544
53
54 static inline void extend53(int *p, int i0, int i1)
55 {
56     p[i0 - 1] = p[i0 + 1];
57     p[i1]     = p[i1 - 2];
58     p[i0 - 2] = p[i0 + 2];
59     p[i1 + 1] = p[i1 - 3];
60 }
61
62 static inline void extend97_float(float *p, int i0, int i1)
63 {
64     int i;
65
66     for (i = 1; i <= 4; i++) {
67         p[i0 - i]     = p[i0 + i];
68         p[i1 + i - 1] = p[i1 - i - 1];
69     }
70 }
71
72 static inline void extend97_int(int32_t *p, int i0, int i1)
73 {
74     int i;
75
76     for (i = 1; i <= 4; i++) {
77         p[i0 - i]     = p[i0 + i];
78         p[i1 + i - 1] = p[i1 - i - 1];
79     }
80 }
81
82 static void sd_1d53(int *p, int i0, int i1)
83 {
84     int i;
85
86     if (i1 == i0 + 1)
87         return;
88
89     extend53(p, i0, i1);
90
91     for (i = (i0+1)/2 - 1; i < (i1+1)/2; i++)
92         p[2*i+1] -= (p[2*i] + p[2*i+2]) >> 1;
93     for (i = (i0+1)/2; i < (i1+1)/2; i++)
94         p[2*i] += (p[2*i-1] + p[2*i+1] + 2) >> 2;
95 }
96
97 static void dwt_encode53(DWTContext *s, int *t)
98 {
99     int lev,
100         w = s->linelen[s->ndeclevels-1][0];
101     int *line = s->i_linebuf;
102     line += 3;
103
104     for (lev = s->ndeclevels-1; lev >= 0; lev--){
105         int lh = s->linelen[lev][0],
106             lv = s->linelen[lev][1],
107             mh = s->mod[lev][0],
108             mv = s->mod[lev][1],
109             lp;
110         int *l;
111
112         // HOR_SD
113         l = line + mh;
114         for (lp = 0; lp < lv; lp++){
115             int i, j = 0;
116
117             for (i = 0; i < lh; i++)
118                 l[i] = t[w*lp + i];
119
120             sd_1d53(line, mh, mh + lh);
121
122             // copy back and deinterleave
123             for (i =   mh; i < lh; i+=2, j++)
124                 t[w*lp + j] = l[i];
125             for (i = 1-mh; i < lh; i+=2, j++)
126                 t[w*lp + j] = l[i];
127         }
128
129         // VER_SD
130         l = line + mv;
131         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
132             int i, j = 0;
133
134             for (i = 0; i < lv; i++)
135                 l[i] = t[w*i + lp];
136
137             sd_1d53(line, mv, mv + lv);
138
139             // copy back and deinterleave
140             for (i =   mv; i < lv; i+=2, j++)
141                 t[w*j + lp] = l[i];
142             for (i = 1-mv; i < lv; i+=2, j++)
143                 t[w*j + lp] = l[i];
144         }
145     }
146 }
147 static void sd_1d97_float(float *p, int i0, int i1)
148 {
149     int i;
150
151     if (i1 == i0 + 1)
152         return;
153
154     extend97_float(p, i0, i1);
155     i0++; i1++;
156
157     for (i = i0/2 - 2; i < i1/2 + 1; i++)
158         p[2*i+1] -= 1.586134 * (p[2*i] + p[2*i+2]);
159     for (i = i0/2 - 1; i < i1/2 + 1; i++)
160         p[2*i] -= 0.052980 * (p[2*i-1] + p[2*i+1]);
161     for (i = i0/2 - 1; i < i1/2; i++)
162         p[2*i+1] += 0.882911 * (p[2*i] + p[2*i+2]);
163     for (i = i0/2; i < i1/2; i++)
164         p[2*i] += 0.443506 * (p[2*i-1] + p[2*i+1]);
165 }
166
167 static void dwt_encode97_float(DWTContext *s, float *t)
168 {
169     int lev,
170         w = s->linelen[s->ndeclevels-1][0];
171     float *line = s->f_linebuf;
172     line += 5;
173
174     for (lev = s->ndeclevels-1; lev >= 0; lev--){
175         int lh = s->linelen[lev][0],
176             lv = s->linelen[lev][1],
177             mh = s->mod[lev][0],
178             mv = s->mod[lev][1],
179             lp;
180         float *l;
181
182         // HOR_SD
183         l = line + mh;
184         for (lp = 0; lp < lv; lp++){
185             int i, j = 0;
186
187             for (i = 0; i < lh; i++)
188                 l[i] = t[w*lp + i];
189
190             sd_1d97_float(line, mh, mh + lh);
191
192             // copy back and deinterleave
193             for (i =   mh; i < lh; i+=2, j++)
194                 t[w*lp + j] = F_LFTG_X * l[i] / 2;
195             for (i = 1-mh; i < lh; i+=2, j++)
196                 t[w*lp + j] = F_LFTG_K * l[i] / 2;
197         }
198
199         // VER_SD
200         l = line + mv;
201         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
202             int i, j = 0;
203
204             for (i = 0; i < lv; i++)
205                 l[i] = t[w*i + lp];
206
207             sd_1d97_float(line, mv, mv + lv);
208
209             // copy back and deinterleave
210             for (i =   mv; i < lv; i+=2, j++)
211                 t[w*j + lp] = F_LFTG_X * l[i] / 2;
212             for (i = 1-mv; i < lv; i+=2, j++)
213                 t[w*j + lp] = F_LFTG_K * l[i] / 2;
214         }
215     }
216 }
217
218 static void sd_1d97_int(int *p, int i0, int i1)
219 {
220     int i;
221
222     if (i1 == i0 + 1)
223         return;
224
225     extend97_int(p, i0, i1);
226     i0++; i1++;
227
228     for (i = i0/2 - 2; i < i1/2 + 1; i++)
229         p[2 * i + 1] -= (I_LFTG_ALPHA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]) + (1 << 15)) >> 16;
230     for (i = i0/2 - 1; i < i1/2 + 1; i++)
231         p[2 * i]     -= (I_LFTG_BETA  * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]) + (1 << 15)) >> 16;
232     for (i = i0/2 - 1; i < i1/2; i++)
233         p[2 * i + 1] += (I_LFTG_GAMMA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]) + (1 << 15)) >> 16;
234     for (i = i0/2; i < i1/2; i++)
235         p[2 * i]     += (I_LFTG_DELTA * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]) + (1 << 15)) >> 16;
236 }
237
238 static void dwt_encode97_int(DWTContext *s, int *t)
239 {
240     int lev,
241         w = s->linelen[s->ndeclevels-1][0];
242     int *line = s->i_linebuf;
243     line += 5;
244
245     for (lev = s->ndeclevels-1; lev >= 0; lev--){
246         int lh = s->linelen[lev][0],
247             lv = s->linelen[lev][1],
248             mh = s->mod[lev][0],
249             mv = s->mod[lev][1],
250             lp;
251         int *l;
252
253         // HOR_SD
254         l = line + mh;
255         for (lp = 0; lp < lv; lp++){
256             int i, j = 0;
257
258             for (i = 0; i < lh; i++)
259                 l[i] = t[w*lp + i];
260
261             sd_1d97_int(line, mh, mh + lh);
262
263             // copy back and deinterleave
264             for (i =   mh; i < lh; i+=2, j++)
265                 t[w*lp + j] = ((l[i] * I_LFTG_X) + (1 << 16)) >> 17;
266             for (i = 1-mh; i < lh; i+=2, j++)
267                 t[w*lp + j] = ((l[i] * I_LFTG_K) + (1 << 16)) >> 17;
268         }
269
270         // VER_SD
271         l = line + mv;
272         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
273             int i, j = 0;
274
275             for (i = 0; i < lv; i++)
276                 l[i] = t[w*i + lp];
277
278             sd_1d97_int(line, mv, mv + lv);
279
280             // copy back and deinterleave
281             for (i =   mv; i < lv; i+=2, j++)
282                 t[w*j + lp] = ((l[i] * I_LFTG_X) + (1 << 16)) >> 17;
283             for (i = 1-mv; i < lv; i+=2, j++)
284                 t[w*j + lp] = ((l[i] * I_LFTG_K) + (1 << 16)) >> 17;
285         }
286     }
287 }
288
289 static void sr_1d53(int *p, int i0, int i1)
290 {
291     int i;
292
293     if (i1 == i0 + 1)
294         return;
295
296     extend53(p, i0, i1);
297
298     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2 + 1; i++)
299         p[2 * i] -= (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1] + 2) >> 2;
300     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2; i++)
301         p[2 * i + 1] += (p[2 * i] + p[2 * i + 2]) >> 1;
302 }
303
304 static void dwt_decode53(DWTContext *s, int *t)
305 {
306     int lev;
307     int w     = s->linelen[s->ndeclevels - 1][0];
308     int32_t *line = s->i_linebuf;
309     line += 3;
310
311     for (lev = 0; lev < s->ndeclevels; lev++) {
312         int lh = s->linelen[lev][0],
313             lv = s->linelen[lev][1],
314             mh = s->mod[lev][0],
315             mv = s->mod[lev][1],
316             lp;
317         int *l;
318
319         // HOR_SD
320         l = line + mh;
321         for (lp = 0; lp < lv; lp++) {
322             int i, j = 0;
323             // copy with interleaving
324             for (i = mh; i < lh; i += 2, j++)
325                 l[i] = t[w * lp + j];
326             for (i = 1 - mh; i < lh; i += 2, j++)
327                 l[i] = t[w * lp + j];
328
329             sr_1d53(line, mh, mh + lh);
330
331             for (i = 0; i < lh; i++)
332                 t[w * lp + i] = l[i];
333         }
334
335         // VER_SD
336         l = line + mv;
337         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
338             int i, j = 0;
339             // copy with interleaving
340             for (i = mv; i < lv; i += 2, j++)
341                 l[i] = t[w * j + lp];
342             for (i = 1 - mv; i < lv; i += 2, j++)
343                 l[i] = t[w * j + lp];
344
345             sr_1d53(line, mv, mv + lv);
346
347             for (i = 0; i < lv; i++)
348                 t[w * i + lp] = l[i];
349         }
350     }
351 }
352
353 static void sr_1d97_float(float *p, int i0, int i1)
354 {
355     int i;
356
357     if (i1 == i0 + 1)
358         return;
359
360     extend97_float(p, i0, i1);
361
362     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 2; i++)
363         p[2 * i]     -= F_LFTG_DELTA * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]);
364     /* step 4 */
365     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 1; i++)
366         p[2 * i + 1] -= F_LFTG_GAMMA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]);
367     /*step 5*/
368     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2 + 1; i++)
369         p[2 * i]     += F_LFTG_BETA  * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]);
370     /* step 6 */
371     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2; i++)
372         p[2 * i + 1] += F_LFTG_ALPHA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]);
373 }
374
375 static void dwt_decode97_float(DWTContext *s, float *t)
376 {
377     int lev;
378     int w       = s->linelen[s->ndeclevels - 1][0];
379     float *line = s->f_linebuf;
380     float *data = t;
381     /* position at index O of line range [0-5,w+5] cf. extend function */
382     line += 5;
383
384     for (lev = 0; lev < s->ndeclevels; lev++) {
385         int lh = s->linelen[lev][0],
386             lv = s->linelen[lev][1],
387             mh = s->mod[lev][0],
388             mv = s->mod[lev][1],
389             lp;
390         float *l;
391         // HOR_SD
392         l = line + mh;
393         for (lp = 0; lp < lv; lp++) {
394             int i, j = 0;
395             // copy with interleaving
396             for (i = mh; i < lh; i += 2, j++)
397                 l[i] = data[w * lp + j] * F_LFTG_K;
398             for (i = 1 - mh; i < lh; i += 2, j++)
399                 l[i] = data[w * lp + j] * F_LFTG_X;
400
401             sr_1d97_float(line, mh, mh + lh);
402
403             for (i = 0; i < lh; i++)
404                 data[w * lp + i] = l[i];
405         }
406
407         // VER_SD
408         l = line + mv;
409         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
410             int i, j = 0;
411             // copy with interleaving
412             for (i = mv; i < lv; i += 2, j++)
413                 l[i] = data[w * j + lp] * F_LFTG_K;
414             for (i = 1 - mv; i < lv; i += 2, j++)
415                 l[i] = data[w * j + lp] * F_LFTG_X;
416
417             sr_1d97_float(line, mv, mv + lv);
418
419             for (i = 0; i < lv; i++)
420                 data[w * i + lp] = l[i];
421         }
422     }
423 }
424
425 static void sr_1d97_int(int32_t *p, int i0, int i1)
426 {
427     int i;
428
429     if (i1 == i0 + 1)
430         return;
431
432     extend97_int(p, i0, i1);
433
434     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 2; i++)
435         p[2 * i]     -= (I_LFTG_DELTA * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]) + (1 << 15)) >> 16;
436     /* step 4 */
437     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 1; i++)
438         p[2 * i + 1] -= (I_LFTG_GAMMA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]) + (1 << 15)) >> 16;
439     /*step 5*/
440     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2 + 1; i++)
441         p[2 * i]     += (I_LFTG_BETA  * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]) + (1 << 15)) >> 16;
442     /* step 6 */
443     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2; i++)
444         p[2 * i + 1] += (I_LFTG_ALPHA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]) + (1 << 15)) >> 16;
445 }
446
447 static void dwt_decode97_int(DWTContext *s, int32_t *t)
448 {
449     int lev;
450     int w       = s->linelen[s->ndeclevels - 1][0];
451     int32_t *line = s->i_linebuf;
452     int32_t *data = t;
453     /* position at index O of line range [0-5,w+5] cf. extend function */
454     line += 5;
455
456     for (lev = 0; lev < s->ndeclevels; lev++) {
457         int lh = s->linelen[lev][0],
458             lv = s->linelen[lev][1],
459             mh = s->mod[lev][0],
460             mv = s->mod[lev][1],
461             lp;
462         int32_t *l;
463         // HOR_SD
464         l = line + mh;
465         for (lp = 0; lp < lv; lp++) {
466             int i, j = 0;
467             // rescale with interleaving
468             for (i = mh; i < lh; i += 2, j++)
469                 l[i] = ((data[w * lp + j] * I_LFTG_K) + (1 << 15)) >> 16;
470             for (i = 1 - mh; i < lh; i += 2, j++)
471                 l[i] = ((data[w * lp + j] * I_LFTG_X) + (1 << 15)) >> 16;
472
473             sr_1d97_int(line, mh, mh + lh);
474
475             for (i = 0; i < lh; i++)
476                 data[w * lp + i] = l[i];
477         }
478
479         // VER_SD
480         l = line + mv;
481         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
482             int i, j = 0;
483             // rescale with interleaving
484             for (i = mv; i < lv; i += 2, j++)
485                 l[i] = ((data[w * j + lp] * I_LFTG_K) + (1 << 15)) >> 16;
486             for (i = 1 - mv; i < lv; i += 2, j++)
487                 l[i] = ((data[w * j + lp] * I_LFTG_X) + (1 << 15)) >> 16;
488
489             sr_1d97_int(line, mv, mv + lv);
490
491             for (i = 0; i < lv; i++)
492                 data[w * i + lp] = l[i];
493         }
494     }
495 }
496
497 int ff_jpeg2000_dwt_init(DWTContext *s, uint16_t border[2][2],
498                          int decomp_levels, int type)
499 {
500     int i, j, lev = decomp_levels, maxlen,
501         b[2][2];
502
503     s->ndeclevels = decomp_levels;
504     s->type       = type;
505
506     for (i = 0; i < 2; i++)
507         for (j = 0; j < 2; j++)
508             b[i][j] = border[i][j];
509
510     maxlen = FFMAX(b[0][1] - b[0][0],
511                    b[1][1] - b[1][0]);
512     while (--lev >= 0)
513         for (i = 0; i < 2; i++) {
514             s->linelen[lev][i] = b[i][1] - b[i][0];
515             s->mod[lev][i]     = b[i][0] & 1;
516             for (j = 0; j < 2; j++)
517                 b[i][j] = (b[i][j] + 1) >> 1;
518         }
519     switch (type) {
520     case FF_DWT97:
521         s->f_linebuf = av_malloc((maxlen + 12) * sizeof(*s->f_linebuf));
522         if (!s->f_linebuf)
523             return AVERROR(ENOMEM);
524         break;
525      case FF_DWT97_INT:
526         s->i_linebuf = av_malloc((maxlen + 12) * sizeof(*s->i_linebuf));
527         if (!s->i_linebuf)
528             return AVERROR(ENOMEM);
529         break;
530     case FF_DWT53:
531         s->i_linebuf = av_malloc((maxlen +  6) * sizeof(*s->i_linebuf));
532         if (!s->i_linebuf)
533             return AVERROR(ENOMEM);
534         break;
535     default:
536         return -1;
537     }
538     return 0;
539 }
540
541 int ff_dwt_encode(DWTContext *s, void *t)
542 {
543     switch(s->type){
544         case FF_DWT97:
545             dwt_encode97_float(s, t); break;
546         case FF_DWT97_INT:
547             dwt_encode97_int(s, t); break;
548         case FF_DWT53:
549             dwt_encode53(s, t); break;
550         default:
551             return -1;
552     }
553     return 0;
554 }
555
556 int ff_dwt_decode(DWTContext *s, void *t)
557 {
558     switch (s->type) {
559     case FF_DWT97:
560         dwt_decode97_float(s, t);
561         break;
562     case FF_DWT97_INT:
563         dwt_decode97_int(s, t);
564         break;
565     case FF_DWT53:
566         dwt_decode53(s, t);
567         break;
568     default:
569         return -1;
570     }
571     return 0;
572 }
573
574 void ff_dwt_destroy(DWTContext *s)
575 {
576     av_freep(&s->f_linebuf);
577     av_freep(&s->i_linebuf);
578 }