7fb4bde23846b2e0e03f6a4313ba738c0f545c23
[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 "mjpegenc.h"
35 #include "jpegls.h"
36
37 /**
38  * Encode error from regular symbol
39  */
40 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q,
41                                      int err)
42 {
43     int k;
44     int val;
45     int map;
46
47     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++)
48         ;
49
50     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
51
52     if (err < 0)
53         err += state->range;
54     if (err >= (state->range + 1 >> 1)) {
55         err -= state->range;
56         val  = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
57     } else
58         val = 2 * err + map;
59
60     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
61
62     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
63 }
64
65 /**
66  * Encode error from run termination
67  */
68 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb,
69                                      int RItype, int err, int limit_add)
70 {
71     int k;
72     int val, map;
73     int Q = 365 + RItype;
74     int temp;
75
76     temp = state->A[Q];
77     if (RItype)
78         temp += state->N[Q] >> 1;
79     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++)
80         ;
81     map = 0;
82     if (!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
83         map = 1;
84
85     if (err < 0)
86         val = -(2 * err) - 1 - RItype + map;
87     else
88         val = 2 * err - RItype - map;
89     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
90
91     if (err < 0)
92         state->B[Q]++;
93     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
94
95     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
96 }
97
98 /**
99  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
100  */
101 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run,
102                                  int comp, int trail)
103 {
104     while (run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])) {
105         put_bits(pb, 1, 1);
106         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
107         if (state->run_index[comp] < 31)
108             state->run_index[comp]++;
109     }
110     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
111     if (!trail && run) {
112         put_bits(pb, 1, 1);
113     } else if (trail) {
114         put_bits(pb, 1, 0);
115         if (ff_log2_run[state->run_index[comp]])
116             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
117     }
118 }
119
120 /**
121  * Encode one line of image
122  */
123 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb,
124                                   void *last, void *cur, int last2, int w,
125                                   int stride, int comp, int bits)
126 {
127     int x = 0;
128     int Ra, Rb, Rc, Rd;
129     int D0, D1, D2;
130
131     while (x < w) {
132         int err, pred, sign;
133
134         /* compute gradients */
135         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
136         Rb = R(last, x);
137         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
138         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
139         D0 = Rd - Rb;
140         D1 = Rb - Rc;
141         D2 = Rc - Ra;
142
143         /* run mode */
144         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
145             (FFABS(D1) <= state->near) &&
146             (FFABS(D2) <= state->near)) {
147             int RUNval, RItype, run;
148
149             run    = 0;
150             RUNval = Ra;
151             while (x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)) {
152                 run++;
153                 W(cur, x, Ra);
154                 x += stride;
155             }
156             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
157             if (x >= w)
158                 return;
159             Rb     = R(last, x);
160             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
161             pred   = RItype ? Ra : Rb;
162             err    = R(cur, x) - pred;
163
164             if (!RItype && Ra > Rb)
165                 err = -err;
166
167             if (state->near) {
168                 if (err > 0)
169                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
170                 else
171                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
172
173                 if (RItype || (Rb >= Ra))
174                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
175                 else
176                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
177                 W(cur, x, Ra);
178             }
179             if (err < 0)
180                 err += state->range;
181             if (err >= state->range + 1 >> 1)
182                 err -= state->range;
183
184             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err,
185                               ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
186
187             if (state->run_index[comp] > 0)
188                 state->run_index[comp]--;
189         } else { /* regular mode */
190             int context;
191
192             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 +
193                       ff_jpegls_quantize(state, D1) *  9 +
194                       ff_jpegls_quantize(state, D2);
195             pred    = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
196
197             if (context < 0) {
198                 context = -context;
199                 sign    = 1;
200                 pred    = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
201                 err     = pred - R(cur, x);
202             } else {
203                 sign = 0;
204                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
205                 err  = R(cur, x) - pred;
206             }
207
208             if (state->near) {
209                 if (err > 0)
210                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
211                 else
212                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
213                 if (!sign)
214                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
215                 else
216                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
217                 W(cur, x, Ra);
218             }
219
220             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
221         }
222         x += stride;
223     }
224 }
225
226 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb)
227 {
228     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
229     JLSState state2 = { 0 };
230     state2.bpp  = state->bpp;
231     state2.near = state->near;
232     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
233     if (state->T1 == state2.T1 &&
234         state->T2 == state2.T2 &&
235         state->T3 == state2.T3 &&
236         state->reset == state2.reset)
237         return;
238     /* store LSE type 1 */
239     put_marker(pb, LSE);
240     put_bits(pb, 16, 13);
241     put_bits(pb, 8, 1);
242     put_bits(pb, 16, state->maxval);
243     put_bits(pb, 16, state->T1);
244     put_bits(pb, 16, state->T2);
245     put_bits(pb, 16, state->T3);
246     put_bits(pb, 16, state->reset);
247 }
248
249 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
250                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
251 {
252     const AVFrame *const p = pict;
253     const int near         = avctx->prediction_method;
254     PutBitContext pb, pb2;
255     GetBitContext gb;
256     uint8_t *buf2 = NULL;
257     uint8_t *zero = NULL;
258     uint8_t *cur  = NULL;
259     uint8_t *last = NULL;
260     JLSState *state;
261     int i, size, ret;
262     int comps;
263
264     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
265         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
266         comps = 1;
267     else
268         comps = 3;
269
270     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, avctx->width * avctx->height * comps * 4 +
271                                AV_INPUT_BUFFER_MIN_SIZE)) < 0) {
272         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet.\n");
273         return ret;
274     }
275
276     buf2 = av_malloc(pkt->size);
277     if (!buf2)
278         goto memfail;
279
280     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
281     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
282
283     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
284     put_marker(&pb, SOI);
285     put_marker(&pb, SOF48);
286     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
287     put_bits(&pb, 8, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
288     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
289     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
290     put_bits(&pb, 8, comps);          // components
291     for (i = 1; i <= comps; i++) {
292         put_bits(&pb, 8, i);     // component ID
293         put_bits(&pb, 8, 0x11);  // subsampling: none
294         put_bits(&pb, 8, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
295     }
296
297     put_marker(&pb, SOS);
298     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
299     put_bits(&pb, 8, comps);
300     for (i = 1; i <= comps; i++) {
301         put_bits(&pb, 8, i);   // component ID
302         put_bits(&pb, 8, 0);   // mapping index: none
303     }
304     put_bits(&pb, 8, near);
305     put_bits(&pb, 8, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
306     put_bits(&pb, 8, 0);  // point transform: none
307
308     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
309     if (!state)
310         goto memfail;
311
312     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
313     state->near = near;
314     state->bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
315     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
316     ff_jpegls_init_state(state);
317
318     ls_store_lse(state, &pb);
319
320     zero = last = av_mallocz(p->linesize[0]);
321     if (!zero)
322         goto memfail;
323
324     cur  = p->data[0];
325     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8) {
326         int t = 0;
327
328         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
329             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 8);
330             t    = last[0];
331             last = cur;
332             cur += p->linesize[0];
333         }
334     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) {
335         int t = 0;
336
337         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
338             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
339             t    = *((uint16_t *)last);
340             last = cur;
341             cur += p->linesize[0];
342         }
343     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24) {
344         int j, width;
345         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
346
347         width = avctx->width * 3;
348         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
349             for (j = 0; j < 3; j++) {
350                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
351                                width, 3, j, 8);
352                 Rc[j] = last[j];
353             }
354             last = cur;
355             cur += p->linesize[0];
356         }
357     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24) {
358         int j, width;
359         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
360
361         width = avctx->width * 3;
362         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
363             for (j = 2; j >= 0; j--) {
364                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
365                                width, 3, j, 8);
366                 Rc[j] = last[j];
367             }
368             last = cur;
369             cur += p->linesize[0];
370         }
371     }
372
373     av_freep(&zero);
374     av_freep(&state);
375
376     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
377      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits
378      * to avoid special-casing. */
379     put_bits(&pb2, 7, 0);
380     size = put_bits_count(&pb2);
381     flush_put_bits(&pb2);
382     /* do escape coding */
383     init_get_bits(&gb, buf2, size);
384     size -= 7;
385     while (get_bits_count(&gb) < size) {
386         int v;
387         v = get_bits(&gb, 8);
388         put_bits(&pb, 8, v);
389         if (v == 0xFF) {
390             v = get_bits(&gb, 7);
391             put_bits(&pb, 8, v);
392         }
393     }
394     avpriv_align_put_bits(&pb);
395     av_freep(&buf2);
396
397     /* End of image */
398     put_marker(&pb, EOI);
399     flush_put_bits(&pb);
400
401     emms_c();
402
403     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
404     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
405     *got_packet = 1;
406     return 0;
407
408 memfail:
409     av_free_packet(pkt);
410     av_freep(&buf2);
411     av_freep(&state);
412     av_freep(&zero);
413     return AVERROR(ENOMEM);
414 }
415
416 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx)
417 {
418 #if FF_API_CODED_FRAME
419 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
420     ctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
421     ctx->coded_frame->key_frame = 1;
422 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
423 #endif
424
425     if (ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8  &&
426         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 &&
427         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24  &&
428         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24) {
429         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
430                "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
431         return -1;
432     }
433     return 0;
434 }
435
436 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
437     .name           = "jpegls",
438     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
439     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
440     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
441     .init           = encode_init_ls,
442     .encode2        = encode_picture_ls,
443     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
444         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
445         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
446         AV_PIX_FMT_NONE
447     },
448     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE |
449                       FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
450 };