lavc: Add DSS SP decoder
[ffmpeg.git] / libavcodec / jpeglsenc.c
1 /*
2  * JPEG-LS encoder
3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer
4  * Copyright (c) 2006 Konstantin Shishkov
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  * JPEG-LS encoder.
26  */
27
28 #include "avcodec.h"
29 #include "get_bits.h"
30 #include "golomb.h"
31 #include "internal.h"
32 #include "mathops.h"
33 #include "mjpeg.h"
34 #include "jpegls.h"
35
36 /**
37  * Encode error from regular symbol
38  */
39 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q,
40                                      int err)
41 {
42     int k;
43     int val;
44     int map;
45
46     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++)
47         ;
48
49     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
50
51     if (err < 0)
52         err += state->range;
53     if (err >= (state->range + 1 >> 1)) {
54         err -= state->range;
55         val  = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
56     } else
57         val = 2 * err + map;
58
59     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
60
61     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
62 }
63
64 /**
65  * Encode error from run termination
66  */
67 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb,
68                                      int RItype, int err, int limit_add)
69 {
70     int k;
71     int val, map;
72     int Q = 365 + RItype;
73     int temp;
74
75     temp = state->A[Q];
76     if (RItype)
77         temp += state->N[Q] >> 1;
78     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++)
79         ;
80     map = 0;
81     if (!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
82         map = 1;
83
84     if (err < 0)
85         val = -(2 * err) - 1 - RItype + map;
86     else
87         val = 2 * err - RItype - map;
88     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
89
90     if (err < 0)
91         state->B[Q]++;
92     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
93
94     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
95 }
96
97 /**
98  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
99  */
100 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run,
101                                  int comp, int trail)
102 {
103     while (run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])) {
104         put_bits(pb, 1, 1);
105         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
106         if (state->run_index[comp] < 31)
107             state->run_index[comp]++;
108     }
109     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
110     if (!trail && run) {
111         put_bits(pb, 1, 1);
112     } else if (trail) {
113         put_bits(pb, 1, 0);
114         if (ff_log2_run[state->run_index[comp]])
115             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
116     }
117 }
118
119 /**
120  * Encode one line of image
121  */
122 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb,
123                                   void *last, void *cur, int last2, int w,
124                                   int stride, int comp, int bits)
125 {
126     int x = 0;
127     int Ra, Rb, Rc, Rd;
128     int D0, D1, D2;
129
130     while (x < w) {
131         int err, pred, sign;
132
133         /* compute gradients */
134         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
135         Rb = R(last, x);
136         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
137         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
138         D0 = Rd - Rb;
139         D1 = Rb - Rc;
140         D2 = Rc - Ra;
141
142         /* run mode */
143         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
144             (FFABS(D1) <= state->near) &&
145             (FFABS(D2) <= state->near)) {
146             int RUNval, RItype, run;
147
148             run    = 0;
149             RUNval = Ra;
150             while (x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)) {
151                 run++;
152                 W(cur, x, Ra);
153                 x += stride;
154             }
155             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
156             if (x >= w)
157                 return;
158             Rb     = R(last, x);
159             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
160             pred   = RItype ? Ra : Rb;
161             err    = R(cur, x) - pred;
162
163             if (!RItype && Ra > Rb)
164                 err = -err;
165
166             if (state->near) {
167                 if (err > 0)
168                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
169                 else
170                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
171
172                 if (RItype || (Rb >= Ra))
173                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
174                 else
175                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
176                 W(cur, x, Ra);
177             }
178             if (err < 0)
179                 err += state->range;
180             if (err >= state->range + 1 >> 1)
181                 err -= state->range;
182
183             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err,
184                               ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
185
186             if (state->run_index[comp] > 0)
187                 state->run_index[comp]--;
188         } else { /* regular mode */
189             int context;
190
191             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 +
192                       ff_jpegls_quantize(state, D1) *  9 +
193                       ff_jpegls_quantize(state, D2);
194             pred    = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
195
196             if (context < 0) {
197                 context = -context;
198                 sign    = 1;
199                 pred    = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
200                 err     = pred - R(cur, x);
201             } else {
202                 sign = 0;
203                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
204                 err  = R(cur, x) - pred;
205             }
206
207             if (state->near) {
208                 if (err > 0)
209                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
210                 else
211                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
212                 if (!sign)
213                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
214                 else
215                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
216                 W(cur, x, Ra);
217             }
218
219             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
220         }
221         x += stride;
222     }
223 }
224
225 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb)
226 {
227     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
228     JLSState state2 = { 0 };
229     state2.bpp  = state->bpp;
230     state2.near = state->near;
231     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
232     if (state->T1 == state2.T1 &&
233         state->T2 == state2.T2 &&
234         state->T3 == state2.T3 &&
235         state->reset == state2.reset)
236         return;
237     /* store LSE type 1 */
238     put_marker(pb, LSE);
239     put_bits(pb, 16, 13);
240     put_bits(pb, 8, 1);
241     put_bits(pb, 16, state->maxval);
242     put_bits(pb, 16, state->T1);
243     put_bits(pb, 16, state->T2);
244     put_bits(pb, 16, state->T3);
245     put_bits(pb, 16, state->reset);
246 }
247
248 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
249                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
250 {
251     const AVFrame *const p = pict;
252     const int near         = avctx->prediction_method;
253     PutBitContext pb, pb2;
254     GetBitContext gb;
255     uint8_t *buf2, *zero, *cur, *last;
256     JLSState *state;
257     int i, size, ret;
258     int comps;
259
260     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
261         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
262         comps = 1;
263     else
264         comps = 3;
265
266     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, avctx->width * avctx->height * comps * 4 +
267                                FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0) {
268         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet.\n");
269         return ret;
270     }
271
272     buf2 = av_malloc(pkt->size);
273
274     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
275     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
276
277     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
278     put_marker(&pb, SOI);
279     put_marker(&pb, SOF48);
280     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
281     put_bits(&pb, 8, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
282     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
283     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
284     put_bits(&pb, 8, comps);          // components
285     for (i = 1; i <= comps; i++) {
286         put_bits(&pb, 8, i);     // component ID
287         put_bits(&pb, 8, 0x11);  // subsampling: none
288         put_bits(&pb, 8, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
289     }
290
291     put_marker(&pb, SOS);
292     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
293     put_bits(&pb, 8, comps);
294     for (i = 1; i <= comps; i++) {
295         put_bits(&pb, 8, i);   // component ID
296         put_bits(&pb, 8, 0);   // mapping index: none
297     }
298     put_bits(&pb, 8, near);
299     put_bits(&pb, 8, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
300     put_bits(&pb, 8, 0);  // point transform: none
301
302     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
303     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
304     state->near = near;
305     state->bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
306     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
307     ff_jpegls_init_state(state);
308
309     ls_store_lse(state, &pb);
310
311     zero = av_mallocz(p->linesize[0]);
312     last = zero;
313     cur  = p->data[0];
314     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8) {
315         int t = 0;
316
317         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
318             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 8);
319             t    = last[0];
320             last = cur;
321             cur += p->linesize[0];
322         }
323     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) {
324         int t = 0;
325
326         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
327             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
328             t    = *((uint16_t *)last);
329             last = cur;
330             cur += p->linesize[0];
331         }
332     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24) {
333         int j, width;
334         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
335
336         width = avctx->width * 3;
337         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
338             for (j = 0; j < 3; j++) {
339                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
340                                width, 3, j, 8);
341                 Rc[j] = last[j];
342             }
343             last = cur;
344             cur += p->linesize[0];
345         }
346     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24) {
347         int j, width;
348         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
349
350         width = avctx->width * 3;
351         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
352             for (j = 2; j >= 0; j--) {
353                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
354                                width, 3, j, 8);
355                 Rc[j] = last[j];
356             }
357             last = cur;
358             cur += p->linesize[0];
359         }
360     }
361
362     av_free(zero);
363     av_free(state);
364
365     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
366      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits
367      * to avoid special-casing. */
368     put_bits(&pb2, 7, 0);
369     size = put_bits_count(&pb2);
370     flush_put_bits(&pb2);
371     /* do escape coding */
372     init_get_bits(&gb, buf2, size);
373     size -= 7;
374     while (get_bits_count(&gb) < size) {
375         int v;
376         v = get_bits(&gb, 8);
377         put_bits(&pb, 8, v);
378         if (v == 0xFF) {
379             v = get_bits(&gb, 7);
380             put_bits(&pb, 8, v);
381         }
382     }
383     avpriv_align_put_bits(&pb);
384     av_free(buf2);
385
386     /* End of image */
387     put_marker(&pb, EOI);
388     flush_put_bits(&pb);
389
390     emms_c();
391
392     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
393     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
394     *got_packet = 1;
395     return 0;
396 }
397
398 static av_cold int encode_close(AVCodecContext *avctx)
399 {
400     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
401     return 0;
402 }
403
404 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx)
405 {
406     ctx->coded_frame = av_frame_alloc();
407     if (!ctx->coded_frame)
408         return AVERROR(ENOMEM);
409
410     ctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
411     ctx->coded_frame->key_frame = 1;
412
413     if (ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8  &&
414         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 &&
415         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24  &&
416         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24) {
417         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
418                "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
419         return -1;
420     }
421     return 0;
422 }
423
424 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
425     .name           = "jpegls",
426     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
427     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
428     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
429     .init           = encode_init_ls,
430     .close          = encode_close,
431     .encode2        = encode_picture_ls,
432     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
433         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
434         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
435         AV_PIX_FMT_NONE
436     },
437 };