dsputil: Add ff_ prefix to the dsputil*_init* functions
[ffmpeg.git] / libavcodec / lagarith.c
1 /*
2  * Lagarith lossless decoder
3  * Copyright (c) 2009 Nathan Caldwell <saintdev (at) gmail.com>
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * Lagarith lossless decoder
25  * @author Nathan Caldwell
26  */
27
28 #include "avcodec.h"
29 #include "get_bits.h"
30 #include "mathops.h"
31 #include "dsputil.h"
32 #include "lagarithrac.h"
33
34 enum LagarithFrameType {
35     FRAME_RAW           = 1,    /**< uncompressed */
36     FRAME_U_RGB24       = 2,    /**< unaligned RGB24 */
37     FRAME_ARITH_YUY2    = 3,    /**< arithmetic coded YUY2 */
38     FRAME_ARITH_RGB24   = 4,    /**< arithmetic coded RGB24 */
39     FRAME_SOLID_GRAY    = 5,    /**< solid grayscale color frame */
40     FRAME_SOLID_COLOR   = 6,    /**< solid non-grayscale color frame */
41     FRAME_OLD_ARITH_RGB = 7,    /**< obsolete arithmetic coded RGB (no longer encoded by upstream since version 1.1.0) */
42     FRAME_ARITH_RGBA    = 8,    /**< arithmetic coded RGBA */
43     FRAME_SOLID_RGBA    = 9,    /**< solid RGBA color frame */
44     FRAME_ARITH_YV12    = 10,   /**< arithmetic coded YV12 */
45     FRAME_REDUCED_RES   = 11,   /**< reduced resolution YV12 frame */
46 };
47
48 typedef struct LagarithContext {
49     AVCodecContext *avctx;
50     AVFrame picture;
51     DSPContext dsp;
52     int zeros;                  /**< number of consecutive zero bytes encountered */
53     int zeros_rem;              /**< number of zero bytes remaining to output */
54     uint8_t *rgb_planes;
55     int rgb_stride;
56 } LagarithContext;
57
58 /**
59  * Compute the 52bit mantissa of 1/(double)denom.
60  * This crazy format uses floats in an entropy coder and we have to match x86
61  * rounding exactly, thus ordinary floats aren't portable enough.
62  * @param denom denominator
63  * @return 52bit mantissa
64  * @see softfloat_mul
65  */
66 static uint64_t softfloat_reciprocal(uint32_t denom)
67 {
68     int shift = av_log2(denom - 1) + 1;
69     uint64_t ret = (1ULL << 52) / denom;
70     uint64_t err = (1ULL << 52) - ret * denom;
71     ret <<= shift;
72     err <<= shift;
73     err +=  denom / 2;
74     return ret + err / denom;
75 }
76
77 /**
78  * (uint32_t)(x*f), where f has the given mantissa, and exponent 0
79  * Used in combination with softfloat_reciprocal computes x/(double)denom.
80  * @param x 32bit integer factor
81  * @param mantissa mantissa of f with exponent 0
82  * @return 32bit integer value (x*f)
83  * @see softfloat_reciprocal
84  */
85 static uint32_t softfloat_mul(uint32_t x, uint64_t mantissa)
86 {
87     uint64_t l = x * (mantissa & 0xffffffff);
88     uint64_t h = x * (mantissa >> 32);
89     h += l >> 32;
90     l &= 0xffffffff;
91     l += 1 << av_log2(h >> 21);
92     h += l >> 32;
93     return h >> 20;
94 }
95
96 static uint8_t lag_calc_zero_run(int8_t x)
97 {
98     return (x << 1) ^ (x >> 7);
99 }
100
101 static int lag_decode_prob(GetBitContext *gb, uint32_t *value)
102 {
103     static const uint8_t series[] = { 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
104     int i;
105     int bit     = 0;
106     int bits    = 0;
107     int prevbit = 0;
108     unsigned val;
109
110     for (i = 0; i < 7; i++) {
111         if (prevbit && bit)
112             break;
113         prevbit = bit;
114         bit = get_bits1(gb);
115         if (bit && !prevbit)
116             bits += series[i];
117     }
118     bits--;
119     if (bits < 0 || bits > 31) {
120         *value = 0;
121         return -1;
122     } else if (bits == 0) {
123         *value = 0;
124         return 0;
125     }
126
127     val  = get_bits_long(gb, bits);
128     val |= 1 << bits;
129
130     *value = val - 1;
131
132     return 0;
133 }
134
135 static int lag_read_prob_header(lag_rac *rac, GetBitContext *gb)
136 {
137     int i, j, scale_factor;
138     unsigned prob, cumulative_target;
139     unsigned cumul_prob = 0;
140     unsigned scaled_cumul_prob = 0;
141
142     rac->prob[0] = 0;
143     rac->prob[257] = UINT_MAX;
144     /* Read probabilities from bitstream */
145     for (i = 1; i < 257; i++) {
146         if (lag_decode_prob(gb, &rac->prob[i]) < 0) {
147             av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid probability encountered.\n");
148             return -1;
149         }
150         if ((uint64_t)cumul_prob + rac->prob[i] > UINT_MAX) {
151             av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "Integer overflow encountered in cumulative probability calculation.\n");
152             return -1;
153         }
154         cumul_prob += rac->prob[i];
155         if (!rac->prob[i]) {
156             if (lag_decode_prob(gb, &prob)) {
157                 av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid probability run encountered.\n");
158                 return -1;
159             }
160             if (prob > 257 - i)
161                 prob = 257 - i;
162             for (j = 0; j < prob; j++)
163                 rac->prob[++i] = 0;
164         }
165     }
166
167     if (!cumul_prob) {
168         av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "All probabilities are 0!\n");
169         return -1;
170     }
171
172     /* Scale probabilities so cumulative probability is an even power of 2. */
173     scale_factor = av_log2(cumul_prob);
174
175     if (cumul_prob & (cumul_prob - 1)) {
176         uint64_t mul = softfloat_reciprocal(cumul_prob);
177         for (i = 1; i < 257; i++) {
178             rac->prob[i] = softfloat_mul(rac->prob[i], mul);
179             scaled_cumul_prob += rac->prob[i];
180         }
181
182         scale_factor++;
183         cumulative_target = 1 << scale_factor;
184
185         if (scaled_cumul_prob > cumulative_target) {
186             av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR,
187                    "Scaled probabilities are larger than target!\n");
188             return -1;
189         }
190
191         scaled_cumul_prob = cumulative_target - scaled_cumul_prob;
192
193         for (i = 1; scaled_cumul_prob; i = (i & 0x7f) + 1) {
194             if (rac->prob[i]) {
195                 rac->prob[i]++;
196                 scaled_cumul_prob--;
197             }
198             /* Comment from reference source:
199              * if (b & 0x80 == 0) {     // order of operations is 'wrong'; it has been left this way
200              *                          // since the compression change is negligable and fixing it
201              *                          // breaks backwards compatibilty
202              *      b =- (signed int)b;
203              *      b &= 0xFF;
204              * } else {
205              *      b++;
206              *      b &= 0x7f;
207              * }
208              */
209         }
210     }
211
212     rac->scale = scale_factor;
213
214     /* Fill probability array with cumulative probability for each symbol. */
215     for (i = 1; i < 257; i++)
216         rac->prob[i] += rac->prob[i - 1];
217
218     return 0;
219 }
220
221 static void add_lag_median_prediction(uint8_t *dst, uint8_t *src1,
222                                       uint8_t *diff, int w, int *left,
223                                       int *left_top)
224 {
225     /* This is almost identical to add_hfyu_median_prediction in dsputil.h.
226      * However the &0xFF on the gradient predictor yealds incorrect output
227      * for lagarith.
228      */
229     int i;
230     uint8_t l, lt;
231
232     l  = *left;
233     lt = *left_top;
234
235     for (i = 0; i < w; i++) {
236         l = mid_pred(l, src1[i], l + src1[i] - lt) + diff[i];
237         lt = src1[i];
238         dst[i] = l;
239     }
240
241     *left     = l;
242     *left_top = lt;
243 }
244
245 static void lag_pred_line(LagarithContext *l, uint8_t *buf,
246                           int width, int stride, int line)
247 {
248     int L, TL;
249
250     /* Left pixel is actually prev_row[width] */
251     L = buf[width - stride - 1];
252     if (!line) {
253         /* Left prediction only for first line */
254         L = l->dsp.add_hfyu_left_prediction(buf + 1, buf + 1,
255                                             width - 1, buf[0]);
256         return;
257     } else if (line == 1) {
258         /* Second line, left predict first pixel, the rest of the line is median predicted
259          * NOTE: In the case of RGB this pixel is top predicted */
260         TL = l->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV420P ? buf[-stride] : L;
261     } else {
262         /* Top left is 2 rows back, last pixel */
263         TL = buf[width - (2 * stride) - 1];
264     }
265
266     add_lag_median_prediction(buf, buf - stride, buf,
267                               width, &L, &TL);
268 }
269
270 static int lag_decode_line(LagarithContext *l, lag_rac *rac,
271                            uint8_t *dst, int width, int stride,
272                            int esc_count)
273 {
274     int i = 0;
275     int ret = 0;
276
277     if (!esc_count)
278         esc_count = -1;
279
280     /* Output any zeros remaining from the previous run */
281 handle_zeros:
282     if (l->zeros_rem) {
283         int count = FFMIN(l->zeros_rem, width - i);
284         memset(dst + i, 0, count);
285         i += count;
286         l->zeros_rem -= count;
287     }
288
289     while (i < width) {
290         dst[i] = lag_get_rac(rac);
291         ret++;
292
293         if (dst[i])
294             l->zeros = 0;
295         else
296             l->zeros++;
297
298         i++;
299         if (l->zeros == esc_count) {
300             int index = lag_get_rac(rac);
301             ret++;
302
303             l->zeros = 0;
304
305             l->zeros_rem = lag_calc_zero_run(index);
306             goto handle_zeros;
307         }
308     }
309     return ret;
310 }
311
312 static int lag_decode_zero_run_line(LagarithContext *l, uint8_t *dst,
313                                     const uint8_t *src, int width,
314                                     int esc_count)
315 {
316     int i = 0;
317     int count;
318     uint8_t zero_run = 0;
319     const uint8_t *start = src;
320     uint8_t mask1 = -(esc_count < 2);
321     uint8_t mask2 = -(esc_count < 3);
322     uint8_t *end = dst + (width - 2);
323
324 output_zeros:
325     if (l->zeros_rem) {
326         count = FFMIN(l->zeros_rem, width - i);
327         memset(dst, 0, count);
328         l->zeros_rem -= count;
329         dst += count;
330     }
331
332     while (dst < end) {
333         i = 0;
334         while (!zero_run && dst + i < end) {
335             i++;
336             zero_run =
337                 !(src[i] | (src[i + 1] & mask1) | (src[i + 2] & mask2));
338         }
339         if (zero_run) {
340             zero_run = 0;
341             i += esc_count;
342             memcpy(dst, src, i);
343             dst += i;
344             l->zeros_rem = lag_calc_zero_run(src[i]);
345
346             src += i + 1;
347             goto output_zeros;
348         } else {
349             memcpy(dst, src, i);
350             src += i;
351         }
352     }
353     return start - src;
354 }
355
356
357
358 static int lag_decode_arith_plane(LagarithContext *l, uint8_t *dst,
359                                   int width, int height, int stride,
360                                   const uint8_t *src, int src_size)
361 {
362     int i = 0;
363     int read = 0;
364     uint32_t length;
365     uint32_t offset = 1;
366     int esc_count = src[0];
367     GetBitContext gb;
368     lag_rac rac;
369
370     rac.avctx = l->avctx;
371     l->zeros = 0;
372
373     if (esc_count < 4) {
374         length = width * height;
375         if (esc_count && AV_RL32(src + 1) < length) {
376             length = AV_RL32(src + 1);
377             offset += 4;
378         }
379
380         init_get_bits(&gb, src + offset, src_size * 8);
381
382         if (lag_read_prob_header(&rac, &gb) < 0)
383             return -1;
384
385         lag_rac_init(&rac, &gb, length - stride);
386
387         for (i = 0; i < height; i++)
388             read += lag_decode_line(l, &rac, dst + (i * stride), width,
389                                     stride, esc_count);
390
391         if (read > length)
392             av_log(l->avctx, AV_LOG_WARNING,
393                    "Output more bytes than length (%d of %d)\n", read,
394                    length);
395     } else if (esc_count < 8) {
396         esc_count -= 4;
397         if (esc_count > 0) {
398             /* Zero run coding only, no range coding. */
399             for (i = 0; i < height; i++)
400                 src += lag_decode_zero_run_line(l, dst + (i * stride), src,
401                                                 width, esc_count);
402         } else {
403             /* Plane is stored uncompressed */
404             for (i = 0; i < height; i++) {
405                 memcpy(dst + (i * stride), src, width);
406                 src += width;
407             }
408         }
409     } else if (esc_count == 0xff) {
410         /* Plane is a solid run of given value */
411         for (i = 0; i < height; i++)
412             memset(dst + i * stride, src[1], width);
413         /* Do not apply prediction.
414            Note: memset to 0 above, setting first value to src[1]
415            and applying prediction gives the same result. */
416         return 0;
417     } else {
418         av_log(l->avctx, AV_LOG_ERROR,
419                "Invalid zero run escape code! (%#x)\n", esc_count);
420         return -1;
421     }
422
423     for (i = 0; i < height; i++) {
424         lag_pred_line(l, dst, width, stride, i);
425         dst += stride;
426     }
427
428     return 0;
429 }
430
431 /**
432  * Decode a frame.
433  * @param avctx codec context
434  * @param data output AVFrame
435  * @param data_size size of output data or 0 if no picture is returned
436  * @param avpkt input packet
437  * @return number of consumed bytes on success or negative if decode fails
438  */
439 static int lag_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
440                             void *data, int *data_size, AVPacket *avpkt)
441 {
442     const uint8_t *buf = avpkt->data;
443     int buf_size = avpkt->size;
444     LagarithContext *l = avctx->priv_data;
445     AVFrame *const p = &l->picture;
446     uint8_t frametype = 0;
447     uint32_t offset_gu = 0, offset_bv = 0, offset_ry = 9;
448     int offs[4];
449     uint8_t *srcs[4], *dst;
450     int i, j, planes = 3;
451
452     AVFrame *picture = data;
453
454     if (p->data[0])
455         avctx->release_buffer(avctx, p);
456
457     p->reference = 0;
458     p->key_frame = 1;
459
460     frametype = buf[0];
461
462     offset_gu = AV_RL32(buf + 1);
463     offset_bv = AV_RL32(buf + 5);
464
465     switch (frametype) {
466     case FRAME_SOLID_RGBA:
467         avctx->pix_fmt = PIX_FMT_RGB32;
468
469         if (avctx->get_buffer(avctx, p) < 0) {
470             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
471             return -1;
472         }
473
474         dst = p->data[0];
475         for (j = 0; j < avctx->height; j++) {
476             for (i = 0; i < avctx->width; i++)
477                 AV_WN32(dst + i * 4, offset_gu);
478             dst += p->linesize[0];
479         }
480         break;
481     case FRAME_ARITH_RGBA:
482         avctx->pix_fmt = PIX_FMT_RGB32;
483         planes = 4;
484         offset_ry += 4;
485         offs[3] = AV_RL32(buf + 9);
486     case FRAME_ARITH_RGB24:
487         if (frametype == FRAME_ARITH_RGB24)
488             avctx->pix_fmt = PIX_FMT_RGB24;
489
490         if (avctx->get_buffer(avctx, p) < 0) {
491             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
492             return -1;
493         }
494
495         offs[0] = offset_bv;
496         offs[1] = offset_gu;
497         offs[2] = offset_ry;
498
499         if (!l->rgb_planes) {
500             l->rgb_stride = FFALIGN(avctx->width, 16);
501             l->rgb_planes = av_malloc(l->rgb_stride * avctx->height * planes);
502             if (!l->rgb_planes) {
503                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cannot allocate temporary buffer\n");
504                 return AVERROR(ENOMEM);
505             }
506         }
507         for (i = 0; i < planes; i++)
508             srcs[i] = l->rgb_planes + (i + 1) * l->rgb_stride * avctx->height - l->rgb_stride;
509         for (i = 0; i < planes; i++)
510             lag_decode_arith_plane(l, srcs[i],
511                                    avctx->width, avctx->height,
512                                    -l->rgb_stride, buf + offs[i],
513                                    buf_size);
514         dst = p->data[0];
515         for (i = 0; i < planes; i++)
516             srcs[i] = l->rgb_planes + i * l->rgb_stride * avctx->height;
517         for (j = 0; j < avctx->height; j++) {
518             for (i = 0; i < avctx->width; i++) {
519                 uint8_t r, g, b, a;
520                 r = srcs[0][i];
521                 g = srcs[1][i];
522                 b = srcs[2][i];
523                 r += g;
524                 b += g;
525                 if (frametype == FRAME_ARITH_RGBA) {
526                     a = srcs[3][i];
527                     AV_WN32(dst + i * 4, MKBETAG(a, r, g, b));
528                 } else {
529                     dst[i * 3 + 0] = r;
530                     dst[i * 3 + 1] = g;
531                     dst[i * 3 + 2] = b;
532                 }
533             }
534             dst += p->linesize[0];
535             for (i = 0; i < planes; i++)
536                 srcs[i] += l->rgb_stride;
537         }
538         break;
539     case FRAME_ARITH_YV12:
540         avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV420P;
541
542         if (avctx->get_buffer(avctx, p) < 0) {
543             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
544             return -1;
545         }
546
547         lag_decode_arith_plane(l, p->data[0], avctx->width, avctx->height,
548                                p->linesize[0], buf + offset_ry,
549                                buf_size);
550         lag_decode_arith_plane(l, p->data[2], avctx->width / 2,
551                                avctx->height / 2, p->linesize[2],
552                                buf + offset_gu, buf_size);
553         lag_decode_arith_plane(l, p->data[1], avctx->width / 2,
554                                avctx->height / 2, p->linesize[1],
555                                buf + offset_bv, buf_size);
556         break;
557     default:
558         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
559                "Unsupported Lagarith frame type: %#x\n", frametype);
560         return -1;
561     }
562
563     *picture = *p;
564     *data_size = sizeof(AVFrame);
565
566     return buf_size;
567 }
568
569 static av_cold int lag_decode_init(AVCodecContext *avctx)
570 {
571     LagarithContext *l = avctx->priv_data;
572     l->avctx = avctx;
573
574     ff_dsputil_init(&l->dsp, avctx);
575
576     return 0;
577 }
578
579 static av_cold int lag_decode_end(AVCodecContext *avctx)
580 {
581     LagarithContext *l = avctx->priv_data;
582
583     if (l->picture.data[0])
584         avctx->release_buffer(avctx, &l->picture);
585     av_freep(&l->rgb_planes);
586
587     return 0;
588 }
589
590 AVCodec ff_lagarith_decoder = {
591     .name           = "lagarith",
592     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
593     .id             = CODEC_ID_LAGARITH,
594     .priv_data_size = sizeof(LagarithContext),
595     .init           = lag_decode_init,
596     .close          = lag_decode_end,
597     .decode         = lag_decode_frame,
598     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
599     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Lagarith lossless"),
600 };