jpeg2000: Merge rescaling with interleaving in 9/7 IDWT
[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 Libav.
7  *
8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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
55 static inline void extend53(int *p, int i0, int i1)
56 {
57     p[i0 - 1] = p[i0 + 1];
58     p[i1]     = p[i1 - 2];
59     p[i0 - 2] = p[i0 + 2];
60     p[i1 + 1] = p[i1 - 3];
61 }
62
63 static inline void extend97_float(float *p, int i0, int i1)
64 {
65     int i;
66
67     for (i = 1; i <= 4; i++) {
68         p[i0 - i]     = p[i0 + i];
69         p[i1 + i - 1] = p[i1 - i - 1];
70     }
71 }
72
73 static inline void extend97_int(int32_t *p, int i0, int i1)
74 {
75     int i;
76
77     for (i = 1; i <= 4; i++) {
78         p[i0 - i]     = p[i0 + i];
79         p[i1 + i - 1] = p[i1 - i - 1];
80     }
81 }
82
83 static void sr_1d53(int *p, int i0, int i1)
84 {
85     int i;
86
87     if (i1 == i0 + 1)
88         return;
89
90     extend53(p, i0, i1);
91
92     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2 + 1; i++)
93         p[2 * i] -= (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1] + 2) >> 2;
94     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2; i++)
95         p[2 * i + 1] += (p[2 * i] + p[2 * i + 2]) >> 1;
96 }
97
98 static void dwt_decode53(DWTContext *s, int *t)
99 {
100     int lev;
101     int w     = s->linelen[s->ndeclevels - 1][0];
102     int32_t *line = s->i_linebuf;
103     line += 3;
104
105     for (lev = 0; lev < s->ndeclevels; lev++) {
106         int lh = s->linelen[lev][0],
107             lv = s->linelen[lev][1],
108             mh = s->mod[lev][0],
109             mv = s->mod[lev][1],
110             lp;
111         int *l;
112
113         // HOR_SD
114         l = line + mh;
115         for (lp = 0; lp < lv; lp++) {
116             int i, j = 0;
117             // copy with interleaving
118             for (i = mh; i < lh; i += 2, j++)
119                 l[i] = t[w * lp + j];
120             for (i = 1 - mh; i < lh; i += 2, j++)
121                 l[i] = t[w * lp + j];
122
123             sr_1d53(line, mh, mh + lh);
124
125             for (i = 0; i < lh; i++)
126                 t[w * lp + i] = l[i];
127         }
128
129         // VER_SD
130         l = line + mv;
131         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
132             int i, j = 0;
133             // copy with interleaving
134             for (i = mv; i < lv; i += 2, j++)
135                 l[i] = t[w * j + lp];
136             for (i = 1 - mv; i < lv; i += 2, j++)
137                 l[i] = t[w * j + lp];
138
139             sr_1d53(line, mv, mv + lv);
140
141             for (i = 0; i < lv; i++)
142                 t[w * i + lp] = l[i];
143         }
144     }
145 }
146
147 static void sr_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
156     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 2; i++)
157         p[2 * i]     -= F_LFTG_DELTA * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]);
158     /* step 4 */
159     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 1; i++)
160         p[2 * i + 1] -= F_LFTG_GAMMA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]);
161     /*step 5*/
162     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2 + 1; i++)
163         p[2 * i]     += F_LFTG_BETA  * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]);
164     /* step 6 */
165     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2; i++)
166         p[2 * i + 1] += F_LFTG_ALPHA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]);
167 }
168
169 static void dwt_decode97_float(DWTContext *s, float *t)
170 {
171     int lev;
172     int w       = s->linelen[s->ndeclevels - 1][0];
173     float *line = s->f_linebuf;
174     float *data = t;
175     /* position at index O of line range [0-5,w+5] cf. extend function */
176     line += 5;
177
178     for (lev = 0; lev < s->ndeclevels; lev++) {
179         int lh = s->linelen[lev][0],
180             lv = s->linelen[lev][1],
181             mh = s->mod[lev][0],
182             mv = s->mod[lev][1],
183             lp;
184         float *l;
185         // HOR_SD
186         l = line + mh;
187         for (lp = 0; lp < lv; lp++) {
188             int i, j = 0;
189             // copy with interleaving
190             for (i = mh; i < lh; i += 2, j++)
191                 l[i] = data[w * lp + j] * F_LFTG_K;
192             for (i = 1 - mh; i < lh; i += 2, j++)
193                 l[i] = data[w * lp + j] * F_LFTG_X;
194
195             sr_1d97_float(line, mh, mh + lh);
196
197             for (i = 0; i < lh; i++)
198                 data[w * lp + i] = l[i];
199         }
200
201         // VER_SD
202         l = line + mv;
203         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
204             int i, j = 0;
205             // copy with interleaving
206             for (i = mv; i < lv; i += 2, j++)
207                 l[i] = data[w * j + lp] * F_LFTG_K;
208             for (i = 1 - mv; i < lv; i += 2, j++)
209                 l[i] = data[w * j + lp] * F_LFTG_X;
210
211             sr_1d97_float(line, mv, mv + lv);
212
213             for (i = 0; i < lv; i++)
214                 data[w * i + lp] = l[i];
215         }
216     }
217 }
218
219 static void sr_1d97_int(int32_t *p, int i0, int i1)
220 {
221     int i;
222
223     if (i1 == i0 + 1)
224         return;
225
226     extend97_int(p, i0, i1);
227
228     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 2; i++)
229         p[2 * i]     -= (I_LFTG_DELTA * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]) + (1 << 15)) >> 16;
230     /* step 4 */
231     for (i = i0 / 2 - 1; i < i1 / 2 + 1; i++)
232         p[2 * i + 1] -= (I_LFTG_GAMMA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]) + (1 << 15)) >> 16;
233     /*step 5*/
234     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2 + 1; i++)
235         p[2 * i]     += (I_LFTG_BETA  * (p[2 * i - 1] + p[2 * i + 1]) + (1 << 15)) >> 16;
236     /* step 6 */
237     for (i = i0 / 2; i < i1 / 2; i++)
238         p[2 * i + 1] += (I_LFTG_ALPHA * (p[2 * i]     + p[2 * i + 2]) + (1 << 15)) >> 16;
239 }
240
241 static void dwt_decode97_int(DWTContext *s, int32_t *t)
242 {
243     int lev;
244     int w       = s->linelen[s->ndeclevels - 1][0];
245     int32_t *line = s->i_linebuf;
246     int32_t *data = t;
247     /* position at index O of line range [0-5,w+5] cf. extend function */
248     line += 5;
249
250     for (lev = 0; lev < s->ndeclevels; lev++) {
251         int lh = s->linelen[lev][0],
252             lv = s->linelen[lev][1],
253             mh = s->mod[lev][0],
254             mv = s->mod[lev][1],
255             lp;
256         int32_t *l;
257         // HOR_SD
258         l = line + mh;
259         for (lp = 0; lp < lv; lp++) {
260             int i, j = 0;
261             // rescale with interleaving
262             for (i = mh; i < lh; i += 2, j++)
263                 l[i] = ((data[w * lp + j] * I_LFTG_K) + (1 << 15)) >> 16;
264             for (i = 1 - mh; i < lh; i += 2, j++)
265                 l[i] = ((data[w * lp + j] * I_LFTG_X) + (1 << 15)) >> 16;
266
267             sr_1d97_int(line, mh, mh + lh);
268
269             for (i = 0; i < lh; i++)
270                 data[w * lp + i] = l[i];
271         }
272
273         // VER_SD
274         l = line + mv;
275         for (lp = 0; lp < lh; lp++) {
276             int i, j = 0;
277             // rescale with interleaving
278             for (i = mv; i < lv; i += 2, j++)
279                 l[i] = ((data[w * j + lp] * I_LFTG_K) + (1 << 15)) >> 16;
280             for (i = 1 - mv; i < lv; i += 2, j++)
281                 l[i] = ((data[w * j + lp] * I_LFTG_X) + (1 << 15)) >> 16;
282
283             sr_1d97_int(line, mv, mv + lv);
284
285             for (i = 0; i < lv; i++)
286                 data[w * i + lp] = l[i];
287         }
288     }
289 }
290
291 int ff_jpeg2000_dwt_init(DWTContext *s, uint16_t border[2][2],
292                          int decomp_levels, int type)
293 {
294     int i, j, lev = decomp_levels, maxlen,
295         b[2][2];
296
297     s->ndeclevels = decomp_levels;
298     s->type       = type;
299
300     for (i = 0; i < 2; i++)
301         for (j = 0; j < 2; j++)
302             b[i][j] = border[i][j];
303
304     maxlen = FFMAX(b[0][1] - b[0][0],
305                    b[1][1] - b[1][0]);
306     while (--lev >= 0)
307         for (i = 0; i < 2; i++) {
308             s->linelen[lev][i] = b[i][1] - b[i][0];
309             s->mod[lev][i]     = b[i][0] & 1;
310             for (j = 0; j < 2; j++)
311                 b[i][j] = (b[i][j] + 1) >> 1;
312         }
313     switch (type) {
314     case FF_DWT97:
315         s->f_linebuf = av_malloc((maxlen + 12) * sizeof(*s->f_linebuf));
316         if (!s->f_linebuf)
317             return AVERROR(ENOMEM);
318         break;
319      case FF_DWT97_INT:
320         s->i_linebuf = av_malloc((maxlen + 12) * sizeof(*s->i_linebuf));
321         if (!s->i_linebuf)
322             return AVERROR(ENOMEM);
323         break;
324     case FF_DWT53:
325         s->i_linebuf = av_malloc((maxlen +  6) * sizeof(*s->i_linebuf));
326         if (!s->i_linebuf)
327             return AVERROR(ENOMEM);
328         break;
329     default:
330         return -1;
331     }
332     return 0;
333 }
334
335 int ff_dwt_decode(DWTContext *s, void *t)
336 {
337     switch (s->type) {
338     case FF_DWT97:
339         dwt_decode97_float(s, t);
340         break;
341     case FF_DWT97_INT:
342         dwt_decode97_int(s, t);
343         break;
344     case FF_DWT53:
345         dwt_decode53(s, t);
346         break;
347     default:
348         return -1;
349     }
350     return 0;
351 }
352
353 void ff_dwt_destroy(DWTContext *s)
354 {
355     av_freep(&s->f_linebuf);
356     av_freep(&s->i_linebuf);
357 }