03f081703d7a087d49684372e091705d1b874f86
[ffmpeg.git] / libavcodec / mjpegenc.c
1 /*
2  * MJPEG encoder
3  * Copyright (c) 2000, 2001 Fabrice Bellard.
4  * Copyright (c) 2003 Alex Beregszaszi
5  * Copyright (c) 2003-2004 Michael Niedermayer
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  *
23  * Support for external huffman table, various fixes (AVID workaround),
24  * aspecting, new decode_frame mechanism and apple mjpeg-b support
25  *                                  by Alex Beregszaszi
26  */
27
28 /**
29  * @file mjpegenc.c
30  * MJPEG encoder.
31  */
32
33 //#define DEBUG
34 #include <assert.h>
35
36 #include "avcodec.h"
37 #include "dsputil.h"
38 #include "mpegvideo.h"
39 #include "mjpeg.h"
40 #include "mjpegenc.h"
41
42 /* use two quantizer tables (one for luminance and one for chrominance) */
43 /* not yet working */
44 #undef TWOMATRIXES
45
46
47 int ff_mjpeg_encode_init(MpegEncContext *s)
48 {
49     MJpegContext *m;
50
51     m = av_malloc(sizeof(MJpegContext));
52     if (!m)
53         return -1;
54
55     s->min_qcoeff=-1023;
56     s->max_qcoeff= 1023;
57
58     /* build all the huffman tables */
59     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_luminance,
60                                  m->huff_code_dc_luminance,
61                                  ff_mjpeg_bits_dc_luminance,
62                                  ff_mjpeg_val_dc_luminance);
63     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_chrominance,
64                                  m->huff_code_dc_chrominance,
65                                  ff_mjpeg_bits_dc_chrominance,
66                                  ff_mjpeg_val_dc_chrominance);
67     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_luminance,
68                                  m->huff_code_ac_luminance,
69                                  ff_mjpeg_bits_ac_luminance,
70                                  ff_mjpeg_val_ac_luminance);
71     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_chrominance,
72                                  m->huff_code_ac_chrominance,
73                                  ff_mjpeg_bits_ac_chrominance,
74                                  ff_mjpeg_val_ac_chrominance);
75
76     s->mjpeg_ctx = m;
77     return 0;
78 }
79
80 void ff_mjpeg_encode_close(MpegEncContext *s)
81 {
82     av_free(s->mjpeg_ctx);
83 }
84
85 /* table_class: 0 = DC coef, 1 = AC coefs */
86 static int put_huffman_table(MpegEncContext *s, int table_class, int table_id,
87                              const uint8_t *bits_table, const uint8_t *value_table)
88 {
89     PutBitContext *p = &s->pb;
90     int n, i;
91
92     put_bits(p, 4, table_class);
93     put_bits(p, 4, table_id);
94
95     n = 0;
96     for(i=1;i<=16;i++) {
97         n += bits_table[i];
98         put_bits(p, 8, bits_table[i]);
99     }
100
101     for(i=0;i<n;i++)
102         put_bits(p, 8, value_table[i]);
103
104     return n + 17;
105 }
106
107 static void jpeg_table_header(MpegEncContext *s)
108 {
109     PutBitContext *p = &s->pb;
110     int i, j, size;
111     uint8_t *ptr;
112
113     /* quant matrixes */
114     put_marker(p, DQT);
115 #ifdef TWOMATRIXES
116     put_bits(p, 16, 2 + 2 * (1 + 64));
117 #else
118     put_bits(p, 16, 2 + 1 * (1 + 64));
119 #endif
120     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
121     put_bits(p, 4, 0); /* table 0 */
122     for(i=0;i<64;i++) {
123         j = s->intra_scantable.permutated[i];
124         put_bits(p, 8, s->intra_matrix[j]);
125     }
126 #ifdef TWOMATRIXES
127     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
128     put_bits(p, 4, 1); /* table 1 */
129     for(i=0;i<64;i++) {
130         j = s->intra_scantable.permutated[i];
131         put_bits(p, 8, s->chroma_intra_matrix[j]);
132     }
133 #endif
134
135     /* huffman table */
136     put_marker(p, DHT);
137     flush_put_bits(p);
138     ptr = pbBufPtr(p);
139     put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
140     size = 2;
141     size += put_huffman_table(s, 0, 0, ff_mjpeg_bits_dc_luminance,
142                               ff_mjpeg_val_dc_luminance);
143     size += put_huffman_table(s, 0, 1, ff_mjpeg_bits_dc_chrominance,
144                               ff_mjpeg_val_dc_chrominance);
145
146     size += put_huffman_table(s, 1, 0, ff_mjpeg_bits_ac_luminance,
147                               ff_mjpeg_val_ac_luminance);
148     size += put_huffman_table(s, 1, 1, ff_mjpeg_bits_ac_chrominance,
149                               ff_mjpeg_val_ac_chrominance);
150     ptr[0] = size >> 8;
151     ptr[1] = size;
152 }
153
154 static void jpeg_put_comments(MpegEncContext *s)
155 {
156     PutBitContext *p = &s->pb;
157     int size;
158     uint8_t *ptr;
159
160     if (s->aspect_ratio_info /* && !lossless */)
161     {
162     /* JFIF header */
163     put_marker(p, APP0);
164     put_bits(p, 16, 16);
165     ff_put_string(p, "JFIF", 1); /* this puts the trailing zero-byte too */
166     put_bits(p, 16, 0x0201); /* v 1.02 */
167     put_bits(p, 8, 0); /* units type: 0 - aspect ratio */
168     put_bits(p, 16, s->avctx->sample_aspect_ratio.num);
169     put_bits(p, 16, s->avctx->sample_aspect_ratio.den);
170     put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail width */
171     put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail height */
172     }
173
174     /* comment */
175     if(!(s->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)){
176         put_marker(p, COM);
177         flush_put_bits(p);
178         ptr = pbBufPtr(p);
179         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
180         ff_put_string(p, LIBAVCODEC_IDENT, 1);
181         size = strlen(LIBAVCODEC_IDENT)+3;
182         ptr[0] = size >> 8;
183         ptr[1] = size;
184     }
185
186     if(  s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV420P
187        ||s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV422P
188        ||s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV444P){
189         put_marker(p, COM);
190         flush_put_bits(p);
191         ptr = pbBufPtr(p);
192         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
193         ff_put_string(p, "CS=ITU601", 1);
194         size = strlen("CS=ITU601")+3;
195         ptr[0] = size >> 8;
196         ptr[1] = size;
197     }
198 }
199
200 void ff_mjpeg_encode_picture_header(MpegEncContext *s)
201 {
202     const int lossless= s->avctx->codec_id != CODEC_ID_MJPEG;
203
204     put_marker(&s->pb, SOI);
205
206     jpeg_put_comments(s);
207
208     jpeg_table_header(s);
209
210     switch(s->avctx->codec_id){
211     case CODEC_ID_MJPEG:  put_marker(&s->pb, SOF0 ); break;
212     case CODEC_ID_LJPEG:  put_marker(&s->pb, SOF3 ); break;
213     default: assert(0);
214     }
215
216     put_bits(&s->pb, 16, 17);
217     if(lossless && s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_RGB32)
218         put_bits(&s->pb, 8, 9); /* 9 bits/component RCT */
219     else
220         put_bits(&s->pb, 8, 8); /* 8 bits/component */
221     put_bits(&s->pb, 16, s->height);
222     put_bits(&s->pb, 16, s->width);
223     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* 3 components */
224
225     /* Y component */
226     put_bits(&s->pb, 8, 1); /* component number */
227     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[0]); /* H factor */
228     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[0]); /* V factor */
229     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
230
231     /* Cb component */
232     put_bits(&s->pb, 8, 2); /* component number */
233     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[1]); /* H factor */
234     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[1]); /* V factor */
235 #ifdef TWOMATRIXES
236     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
237 #else
238     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
239 #endif
240
241     /* Cr component */
242     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* component number */
243     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[2]); /* H factor */
244     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[2]); /* V factor */
245 #ifdef TWOMATRIXES
246     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
247 #else
248     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
249 #endif
250
251     /* scan header */
252     put_marker(&s->pb, SOS);
253     put_bits(&s->pb, 16, 12); /* length */
254     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* 3 components */
255
256     /* Y component */
257     put_bits(&s->pb, 8, 1); /* index */
258     put_bits(&s->pb, 4, 0); /* DC huffman table index */
259     put_bits(&s->pb, 4, 0); /* AC huffman table index */
260
261     /* Cb component */
262     put_bits(&s->pb, 8, 2); /* index */
263     put_bits(&s->pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
264     put_bits(&s->pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
265
266     /* Cr component */
267     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* index */
268     put_bits(&s->pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
269     put_bits(&s->pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
270
271     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? s->avctx->prediction_method+1 : 0); /* Ss (not used) */
272
273     switch(s->avctx->codec_id){
274     case CODEC_ID_MJPEG:  put_bits(&s->pb, 8, 63); break; /* Se (not used) */
275     case CODEC_ID_LJPEG:  put_bits(&s->pb, 8,  0); break; /* not used */
276     default: assert(0);
277     }
278
279     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* Ah/Al (not used) */
280 }
281
282 static void escape_FF(MpegEncContext *s, int start)
283 {
284     int size= put_bits_count(&s->pb) - start*8;
285     int i, ff_count;
286     uint8_t *buf= s->pb.buf + start;
287     int align= (-(size_t)(buf))&3;
288
289     assert((size&7) == 0);
290     size >>= 3;
291
292     ff_count=0;
293     for(i=0; i<size && i<align; i++){
294         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
295     }
296     for(; i<size-15; i+=16){
297         int acc, v;
298
299         v= *(uint32_t*)(&buf[i]);
300         acc= (((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
301         v= *(uint32_t*)(&buf[i+4]);
302         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
303         v= *(uint32_t*)(&buf[i+8]);
304         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
305         v= *(uint32_t*)(&buf[i+12]);
306         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
307
308         acc>>=4;
309         acc+= (acc>>16);
310         acc+= (acc>>8);
311         ff_count+= acc&0xFF;
312     }
313     for(; i<size; i++){
314         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
315     }
316
317     if(ff_count==0) return;
318
319     /* skip put bits */
320     for(i=0; i<ff_count-3; i+=4)
321         put_bits(&s->pb, 32, 0);
322     put_bits(&s->pb, (ff_count-i)*8, 0);
323     flush_put_bits(&s->pb);
324
325     for(i=size-1; ff_count; i--){
326         int v= buf[i];
327
328         if(v==0xFF){
329 //printf("%d %d\n", i, ff_count);
330             buf[i+ff_count]= 0;
331             ff_count--;
332         }
333
334         buf[i+ff_count]= v;
335     }
336 }
337
338 void ff_mjpeg_encode_stuffing(PutBitContext * pbc)
339 {
340     int length;
341     length= (-put_bits_count(pbc))&7;
342     if(length) put_bits(pbc, length, (1<<length)-1);
343 }
344
345 void ff_mjpeg_encode_picture_trailer(MpegEncContext *s)
346 {
347     ff_mjpeg_encode_stuffing(&s->pb);
348     flush_put_bits(&s->pb);
349
350     assert((s->header_bits&7)==0);
351
352     escape_FF(s, s->header_bits>>3);
353
354     put_marker(&s->pb, EOI);
355 }
356
357 void ff_mjpeg_encode_dc(MpegEncContext *s, int val,
358                         uint8_t *huff_size, uint16_t *huff_code)
359 {
360     int mant, nbits;
361
362     if (val == 0) {
363         put_bits(&s->pb, huff_size[0], huff_code[0]);
364     } else {
365         mant = val;
366         if (val < 0) {
367             val = -val;
368             mant--;
369         }
370
371         nbits= av_log2_16bit(val) + 1;
372
373         put_bits(&s->pb, huff_size[nbits], huff_code[nbits]);
374
375         put_bits(&s->pb, nbits, mant & ((1 << nbits) - 1));
376     }
377 }
378
379 static void encode_block(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n)
380 {
381     int mant, nbits, code, i, j;
382     int component, dc, run, last_index, val;
383     MJpegContext *m = s->mjpeg_ctx;
384     uint8_t *huff_size_ac;
385     uint16_t *huff_code_ac;
386
387     /* DC coef */
388     component = (n <= 3 ? 0 : (n&1) + 1);
389     dc = block[0]; /* overflow is impossible */
390     val = dc - s->last_dc[component];
391     if (n < 4) {
392         ff_mjpeg_encode_dc(s, val, m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance);
393         huff_size_ac = m->huff_size_ac_luminance;
394         huff_code_ac = m->huff_code_ac_luminance;
395     } else {
396         ff_mjpeg_encode_dc(s, val, m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
397         huff_size_ac = m->huff_size_ac_chrominance;
398         huff_code_ac = m->huff_code_ac_chrominance;
399     }
400     s->last_dc[component] = dc;
401
402     /* AC coefs */
403
404     run = 0;
405     last_index = s->block_last_index[n];
406     for(i=1;i<=last_index;i++) {
407         j = s->intra_scantable.permutated[i];
408         val = block[j];
409         if (val == 0) {
410             run++;
411         } else {
412             while (run >= 16) {
413                 put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0xf0], huff_code_ac[0xf0]);
414                 run -= 16;
415             }
416             mant = val;
417             if (val < 0) {
418                 val = -val;
419                 mant--;
420             }
421
422             nbits= av_log2(val) + 1;
423             code = (run << 4) | nbits;
424
425             put_bits(&s->pb, huff_size_ac[code], huff_code_ac[code]);
426
427             put_bits(&s->pb, nbits, mant & ((1 << nbits) - 1));
428             run = 0;
429         }
430     }
431
432     /* output EOB only if not already 64 values */
433     if (last_index < 63 || run != 0)
434         put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0], huff_code_ac[0]);
435 }
436
437 void ff_mjpeg_encode_mb(MpegEncContext *s, DCTELEM block[6][64])
438 {
439     int i;
440     for(i=0;i<5;i++) {
441         encode_block(s, block[i], i);
442     }
443     if (s->chroma_format == CHROMA_420) {
444         encode_block(s, block[5], 5);
445     } else {
446         encode_block(s, block[6], 6);
447         encode_block(s, block[5], 5);
448         encode_block(s, block[7], 7);
449     }
450 }
451
452 AVCodec mjpeg_encoder = {
453     "mjpeg",
454     CODEC_TYPE_VIDEO,
455     CODEC_ID_MJPEG,
456     sizeof(MpegEncContext),
457     MPV_encode_init,
458     MPV_encode_picture,
459     MPV_encode_end,
460     .pix_fmts= (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUVJ420P, PIX_FMT_YUVJ422P, -1},
461 };