Merge commit '86bfcfcf2364bc837b7bb582c66a8a15a332414f'
[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 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  * JPEG-LS encoder.
26  */
27
28 #include "avcodec.h"
29 #include "get_bits.h"
30 #include "put_bits.h"
31 #include "golomb.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "mathops.h"
34 #include "dsputil.h"
35 #include "mjpeg.h"
36 #include "jpegls.h"
37
38
39 /**
40  * Encode error from regular symbol
41  */
42 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q, int err){
43     int k;
44     int val;
45     int map;
46
47     for(k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++);
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, int RItype, int err, int limit_add){
68     int k;
69     int val, map;
70     int Q = 365 + RItype;
71     int temp;
72
73     temp = state->A[Q];
74     if(RItype)
75         temp += state->N[Q] >> 1;
76     for(k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++);
77     map = 0;
78     if(!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
79         map = 1;
80
81     if(err < 0)
82         val = - (2 * err) - 1 - RItype + map;
83     else
84         val = 2 * err - RItype - map;
85     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
86
87     if(err < 0)
88         state->B[Q]++;
89     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
90
91     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
92 }
93
94 /**
95  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
96  */
97 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run, int comp, int trail){
98     while(run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])){
99         put_bits(pb, 1, 1);
100         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
101         if(state->run_index[comp] < 31)
102             state->run_index[comp]++;
103     }
104     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
105     if(!trail && run) {
106         put_bits(pb, 1, 1);
107     }else if(trail){
108         put_bits(pb, 1, 0);
109         if(ff_log2_run[state->run_index[comp]])
110             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
111     }
112 }
113
114 /**
115  * Encode one line of image
116  */
117 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb, void *last, void *cur, int last2, int w, int stride, int comp, int bits){
118     int x = 0;
119     int Ra, Rb, Rc, Rd;
120     int D0, D1, D2;
121
122     while(x < w) {
123         int err, pred, sign;
124
125         /* compute gradients */
126         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
127         Rb = R(last, x);
128         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
129         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
130         D0 = Rd - Rb;
131         D1 = Rb - Rc;
132         D2 = Rc - Ra;
133
134         /* run mode */
135         if((FFABS(D0) <= state->near) && (FFABS(D1) <= state->near) && (FFABS(D2) <= state->near)) {
136             int RUNval, RItype, run;
137
138             run = 0;
139             RUNval = Ra;
140             while(x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)){
141                 run++;
142                 W(cur, x, Ra);
143                 x += stride;
144             }
145             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
146             if(x >= w)
147                 return;
148             Rb = R(last, x);
149             RItype = (FFABS(Ra - Rb) <= state->near);
150             pred = RItype ? Ra : Rb;
151             err = R(cur, x) - pred;
152
153             if(!RItype && Ra > Rb)
154                 err = -err;
155
156             if(state->near){
157                 if(err > 0)
158                     err = (state->near + err) / state->twonear;
159                 else
160                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
161
162                 if(RItype || (Rb >= Ra))
163                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
164                 else
165                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
166                 W(cur, x, Ra);
167             }
168             if(err < 0)
169                 err += state->range;
170             if(err >= ((state->range + 1) >> 1))
171                 err -= state->range;
172
173             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err, ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
174
175             if(state->run_index[comp] > 0)
176                 state->run_index[comp]--;
177         } else { /* regular mode */
178             int context;
179
180             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 + ff_jpegls_quantize(state, D1) * 9 + ff_jpegls_quantize(state, D2);
181             pred = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
182
183             if(context < 0){
184                 context = -context;
185                 sign = 1;
186                 pred = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
187                 err = pred - R(cur, x);
188             }else{
189                 sign = 0;
190                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
191                 err = R(cur, x) - pred;
192             }
193
194             if(state->near){
195                 if(err > 0)
196                     err = (state->near + err) / state->twonear;
197                 else
198                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
199                 if(!sign)
200                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
201                 else
202                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
203                 W(cur, x, Ra);
204             }
205
206             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
207         }
208         x += stride;
209     }
210 }
211
212 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb){
213     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
214     JLSState state2 = { 0 };
215     state2.bpp = state->bpp;
216     state2.near = state->near;
217     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
218     if(state->T1 == state2.T1 && state->T2 == state2.T2 && state->T3 == state2.T3 && state->reset == state2.reset)
219         return;
220     /* store LSE type 1 */
221     put_marker(pb, LSE);
222     put_bits(pb, 16, 13);
223     put_bits(pb, 8,   1);
224     put_bits(pb, 16, state->maxval);
225     put_bits(pb, 16, state->T1);
226     put_bits(pb, 16, state->T2);
227     put_bits(pb, 16, state->T3);
228     put_bits(pb, 16, state->reset);
229 }
230
231 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
232                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
233 {
234     JpeglsContext * const s = avctx->priv_data;
235     AVFrame * const p = &s->picture;
236     const int near = avctx->prediction_method;
237     PutBitContext pb, pb2;
238     GetBitContext gb;
239     uint8_t *buf2, *zero, *cur, *last;
240     JLSState *state;
241     int i, size, ret;
242     int comps;
243
244     *p = *pict;
245     p->pict_type= AV_PICTURE_TYPE_I;
246     p->key_frame= 1;
247
248     if(avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
249         comps = 1;
250     else
251         comps = 3;
252
253     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width*avctx->height*comps*4 +
254                                     FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0)
255         return ret;
256
257     buf2 = av_malloc(pkt->size);
258
259     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
260     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
261
262     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
263     put_marker(&pb, SOI);
264     put_marker(&pb, SOF48);
265     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
266     put_bits(&pb,  8, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8); // bpp
267     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
268     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
269     put_bits(&pb,  8, comps);         // components
270     for(i = 1; i <= comps; i++) {
271         put_bits(&pb,  8, i);    // component ID
272         put_bits(&pb,  8, 0x11); // subsampling: none
273         put_bits(&pb,  8, 0);    // Tiq, used by JPEG-LS ext
274     }
275
276     put_marker(&pb, SOS);
277     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
278     put_bits(&pb,  8, comps);
279     for(i = 1; i <= comps; i++) {
280         put_bits(&pb,  8, i);  // component ID
281         put_bits(&pb,  8, 0);  // mapping index: none
282     }
283     put_bits(&pb,  8, near);
284     put_bits(&pb,  8, (comps > 1) ? 1 : 0); // interleaving: 0 - plane, 1 - line
285     put_bits(&pb,  8, 0); // point transform: none
286
287     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
288     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
289     state->near = near;
290     state->bpp = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
291     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
292     ff_jpegls_init_state(state);
293
294     ls_store_lse(state, &pb);
295
296     zero = av_mallocz(FFABS(p->linesize[0]));
297     if (!zero) {
298         av_free(state);
299         return AVERROR(ENOMEM);
300     }
301     last = zero;
302     cur = p->data[0];
303     if(avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8){
304         int t = 0;
305
306         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
307             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0,  8);
308             t = last[0];
309             last = cur;
310             cur += p->linesize[0];
311         }
312     }else if(avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16){
313         int t = 0;
314
315         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
316             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
317             t = *((uint16_t*)last);
318             last = cur;
319             cur += p->linesize[0];
320         }
321     }else if(avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24){
322         int j, width;
323         int Rc[3] = {0, 0, 0};
324
325         width = avctx->width * 3;
326         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
327             for(j = 0; j < 3; j++) {
328                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j], width, 3, j, 8);
329                 Rc[j] = last[j];
330             }
331             last = cur;
332             cur += s->picture.linesize[0];
333         }
334     }else if(avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24){
335         int j, width;
336         int Rc[3] = {0, 0, 0};
337
338         width = avctx->width * 3;
339         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
340             for(j = 2; j >= 0; j--) {
341                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j], width, 3, j, 8);
342                 Rc[j] = last[j];
343             }
344             last = cur;
345             cur += s->picture.linesize[0];
346         }
347     }
348
349     av_freep(&zero);
350     av_freep(&state);
351
352     // the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in the
353     // last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits to
354     // avoid special-casing.
355     put_bits(&pb2, 7, 0);
356     size = put_bits_count(&pb2);
357     flush_put_bits(&pb2);
358     /* do escape coding */
359     init_get_bits(&gb, buf2, size);
360     size -= 7;
361     while(get_bits_count(&gb) < size){
362         int v;
363         v = get_bits(&gb, 8);
364         put_bits(&pb, 8, v);
365         if(v == 0xFF){
366             v = get_bits(&gb, 7);
367             put_bits(&pb, 8, v);
368         }
369     }
370     avpriv_align_put_bits(&pb);
371     av_free(buf2);
372
373     /* End of image */
374     put_marker(&pb, EOI);
375     flush_put_bits(&pb);
376
377     emms_c();
378
379     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
380     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
381     *got_packet = 1;
382     return 0;
383 }
384
385 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx) {
386     JpeglsContext *c = (JpeglsContext*)ctx->priv_data;
387
388     c->avctx = ctx;
389     ctx->coded_frame = &c->picture;
390
391     if(ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8 && ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 && ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24 && ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24){
392         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
393         return -1;
394     }
395     return 0;
396 }
397
398 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
399     .name           = "jpegls",
400     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
401     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
402     .priv_data_size = sizeof(JpeglsContext),
403     .init           = encode_init_ls,
404     .encode2        = encode_picture_ls,
405     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){
406         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
407         AV_PIX_FMT_NONE
408     },
409     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
410 };