avcodec/mjpegenc: use av_log2_16bit() in encode_block()
[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  * Support for external huffman table, various fixes (AVID workaround),
8  * aspecting, new decode_frame mechanism and apple mjpeg-b support
9  *                                  by Alex Beregszaszi
10  *
11  * This file is part of FFmpeg.
12  *
13  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
14  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
15  * License as published by the Free Software Foundation; either
16  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
17  *
18  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
19  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
20  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
21  * Lesser General Public License for more details.
22  *
23  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
24  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
25  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
26  */
27
28 /**
29  * @file
30  * MJPEG encoder.
31  */
32
33 #include "avcodec.h"
34 #include "mpegvideo.h"
35 #include "mjpeg.h"
36 #include "mjpegenc.h"
37
38 /* use two quantizer tables (one for luminance and one for chrominance) */
39 /* not yet working */
40 #undef TWOMATRIXES
41
42
43 av_cold int ff_mjpeg_encode_init(MpegEncContext *s)
44 {
45     MJpegContext *m;
46
47     if (s->width > 65500 || s->height > 65500) {
48         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "JPEG does not support resolutions above 65500x65500\n");
49         return -1;
50     }
51
52     m = av_malloc(sizeof(MJpegContext));
53     if (!m)
54         return -1;
55
56     s->min_qcoeff=-1023;
57     s->max_qcoeff= 1023;
58
59     /* build all the huffman tables */
60     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_luminance,
61                                  m->huff_code_dc_luminance,
62                                  avpriv_mjpeg_bits_dc_luminance,
63                                  avpriv_mjpeg_val_dc);
64     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_chrominance,
65                                  m->huff_code_dc_chrominance,
66                                  avpriv_mjpeg_bits_dc_chrominance,
67                                  avpriv_mjpeg_val_dc);
68     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_luminance,
69                                  m->huff_code_ac_luminance,
70                                  avpriv_mjpeg_bits_ac_luminance,
71                                  avpriv_mjpeg_val_ac_luminance);
72     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_chrominance,
73                                  m->huff_code_ac_chrominance,
74                                  avpriv_mjpeg_bits_ac_chrominance,
75                                  avpriv_mjpeg_val_ac_chrominance);
76
77     s->mjpeg_ctx = m;
78     return 0;
79 }
80
81 void ff_mjpeg_encode_close(MpegEncContext *s)
82 {
83     av_free(s->mjpeg_ctx);
84 }
85
86 /* table_class: 0 = DC coef, 1 = AC coefs */
87 static int put_huffman_table(MpegEncContext *s, int table_class, int table_id,
88                              const uint8_t *bits_table, const uint8_t *value_table)
89 {
90     PutBitContext *p = &s->pb;
91     int n, i;
92
93     put_bits(p, 4, table_class);
94     put_bits(p, 4, table_id);
95
96     n = 0;
97     for(i=1;i<=16;i++) {
98         n += bits_table[i];
99         put_bits(p, 8, bits_table[i]);
100     }
101
102     for(i=0;i<n;i++)
103         put_bits(p, 8, value_table[i]);
104
105     return n + 17;
106 }
107
108 static void jpeg_table_header(MpegEncContext *s)
109 {
110     PutBitContext *p = &s->pb;
111     int i, j, size;
112     uint8_t *ptr;
113
114     if (s->avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_LJPEG) {
115     /* quant matrixes */
116     put_marker(p, DQT);
117 #ifdef TWOMATRIXES
118     put_bits(p, 16, 2 + 2 * (1 + 64));
119 #else
120     put_bits(p, 16, 2 + 1 * (1 + 64));
121 #endif
122     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
123     put_bits(p, 4, 0); /* table 0 */
124     for(i=0;i<64;i++) {
125         j = s->intra_scantable.permutated[i];
126         put_bits(p, 8, s->intra_matrix[j]);
127     }
128 #ifdef TWOMATRIXES
129     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
130     put_bits(p, 4, 1); /* table 1 */
131     for(i=0;i<64;i++) {
132         j = s->intra_scantable.permutated[i];
133         put_bits(p, 8, s->chroma_intra_matrix[j]);
134     }
135 #endif
136     }
137
138     if(s->avctx->active_thread_type & FF_THREAD_SLICE){
139         put_marker(p, DRI);
140         put_bits(p, 16, 4);
141         put_bits(p, 16, (s->width-1)/(8*s->mjpeg_hsample[0]) + 1);
142     }
143
144     /* huffman table */
145     put_marker(p, DHT);
146     flush_put_bits(p);
147     ptr = put_bits_ptr(p);
148     put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
149     size = 2;
150     size += put_huffman_table(s, 0, 0, avpriv_mjpeg_bits_dc_luminance,
151                               avpriv_mjpeg_val_dc);
152     size += put_huffman_table(s, 0, 1, avpriv_mjpeg_bits_dc_chrominance,
153                               avpriv_mjpeg_val_dc);
154
155     size += put_huffman_table(s, 1, 0, avpriv_mjpeg_bits_ac_luminance,
156                               avpriv_mjpeg_val_ac_luminance);
157     size += put_huffman_table(s, 1, 1, avpriv_mjpeg_bits_ac_chrominance,
158                               avpriv_mjpeg_val_ac_chrominance);
159     AV_WB16(ptr, size);
160 }
161
162 static void jpeg_put_comments(MpegEncContext *s)
163 {
164     PutBitContext *p = &s->pb;
165     int size;
166     uint8_t *ptr;
167
168     if (s->avctx->sample_aspect_ratio.num /* && !lossless */)
169     {
170     /* JFIF header */
171     put_marker(p, APP0);
172     put_bits(p, 16, 16);
173     avpriv_put_string(p, "JFIF", 1); /* this puts the trailing zero-byte too */
174     put_bits(p, 16, 0x0102); /* v 1.02 */
175     put_bits(p, 8, 0); /* units type: 0 - aspect ratio */
176     put_bits(p, 16, s->avctx->sample_aspect_ratio.num);
177     put_bits(p, 16, s->avctx->sample_aspect_ratio.den);
178     put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail width */
179     put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail height */
180     }
181
182     /* comment */
183     if(!(s->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)){
184         put_marker(p, COM);
185         flush_put_bits(p);
186         ptr = put_bits_ptr(p);
187         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
188         avpriv_put_string(p, LIBAVCODEC_IDENT, 1);
189         size = strlen(LIBAVCODEC_IDENT)+3;
190         AV_WB16(ptr, size);
191     }
192
193     if(  s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV420P
194        ||s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV422P
195        ||s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P){
196         put_marker(p, COM);
197         flush_put_bits(p);
198         ptr = put_bits_ptr(p);
199         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
200         avpriv_put_string(p, "CS=ITU601", 1);
201         size = strlen("CS=ITU601")+3;
202         AV_WB16(ptr, size);
203     }
204 }
205
206 void ff_mjpeg_encode_picture_header(MpegEncContext *s)
207 {
208     const int lossless= s->avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_MJPEG;
209     int i;
210
211     put_marker(&s->pb, SOI);
212
213     // hack for AMV mjpeg format
214     if(s->avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_AMV) goto end;
215
216     jpeg_put_comments(s);
217
218     jpeg_table_header(s);
219
220     switch(s->avctx->codec_id){
221     case AV_CODEC_ID_MJPEG:  put_marker(&s->pb, SOF0 ); break;
222     case AV_CODEC_ID_LJPEG:  put_marker(&s->pb, SOF3 ); break;
223     default: av_assert0(0);
224     }
225
226     put_bits(&s->pb, 16, 17);
227     if(lossless && (s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR0
228                     || s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGRA
229                     || s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24))
230         put_bits(&s->pb, 8, 9); /* 9 bits/component RCT */
231     else
232         put_bits(&s->pb, 8, 8); /* 8 bits/component */
233     put_bits(&s->pb, 16, s->height);
234     put_bits(&s->pb, 16, s->width);
235     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* 3 components */
236
237     /* Y component */
238     put_bits(&s->pb, 8, 1); /* component number */
239     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[0]); /* H factor */
240     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[0]); /* V factor */
241     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
242
243     /* Cb component */
244     put_bits(&s->pb, 8, 2); /* component number */
245     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[1]); /* H factor */
246     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[1]); /* V factor */
247 #ifdef TWOMATRIXES
248     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
249 #else
250     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
251 #endif
252
253     /* Cr component */
254     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* component number */
255     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[2]); /* H factor */
256     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[2]); /* V factor */
257 #ifdef TWOMATRIXES
258     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
259 #else
260     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
261 #endif
262
263     /* scan header */
264     put_marker(&s->pb, SOS);
265     put_bits(&s->pb, 16, 12); /* length */
266     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* 3 components */
267
268     /* Y component */
269     put_bits(&s->pb, 8, 1); /* index */
270     put_bits(&s->pb, 4, 0); /* DC huffman table index */
271     put_bits(&s->pb, 4, 0); /* AC huffman table index */
272
273     /* Cb component */
274     put_bits(&s->pb, 8, 2); /* index */
275     put_bits(&s->pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
276     put_bits(&s->pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
277
278     /* Cr component */
279     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* index */
280     put_bits(&s->pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
281     put_bits(&s->pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
282
283     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? s->avctx->prediction_method+1 : 0); /* Ss (not used) */
284
285     switch(s->avctx->codec_id){
286     case AV_CODEC_ID_MJPEG:  put_bits(&s->pb, 8, 63); break; /* Se (not used) */
287     case AV_CODEC_ID_LJPEG:  put_bits(&s->pb, 8,  0); break; /* not used */
288     default: av_assert0(0);
289     }
290
291     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* Ah/Al (not used) */
292
293 end:
294     s->esc_pos = put_bits_count(&s->pb) >> 3;
295     for(i=1; i<s->slice_context_count; i++)
296         s->thread_context[i]->esc_pos = 0;
297 }
298
299 static void escape_FF(MpegEncContext *s, int start)
300 {
301     int size= put_bits_count(&s->pb) - start*8;
302     int i, ff_count;
303     uint8_t *buf= s->pb.buf + start;
304     int align= (-(size_t)(buf))&3;
305
306     av_assert1((size&7) == 0);
307     size >>= 3;
308
309     ff_count=0;
310     for(i=0; i<size && i<align; i++){
311         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
312     }
313     for(; i<size-15; i+=16){
314         int acc, v;
315
316         v= *(uint32_t*)(&buf[i]);
317         acc= (((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
318         v= *(uint32_t*)(&buf[i+4]);
319         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
320         v= *(uint32_t*)(&buf[i+8]);
321         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
322         v= *(uint32_t*)(&buf[i+12]);
323         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
324
325         acc>>=4;
326         acc+= (acc>>16);
327         acc+= (acc>>8);
328         ff_count+= acc&0xFF;
329     }
330     for(; i<size; i++){
331         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
332     }
333
334     if(ff_count==0) return;
335
336     flush_put_bits(&s->pb);
337     skip_put_bytes(&s->pb, ff_count);
338
339     for(i=size-1; ff_count; i--){
340         int v= buf[i];
341
342         if(v==0xFF){
343             buf[i+ff_count]= 0;
344             ff_count--;
345         }
346
347         buf[i+ff_count]= v;
348     }
349 }
350
351 void ff_mjpeg_encode_stuffing(MpegEncContext *s)
352 {
353     int length, i;
354     PutBitContext *pbc = &s->pb;
355     int mb_y = s->mb_y - !s->mb_x;
356     length= (-put_bits_count(pbc))&7;
357     if(length) put_bits(pbc, length, (1<<length)-1);
358
359     flush_put_bits(&s->pb);
360     escape_FF(s, s->esc_pos);
361
362     if((s->avctx->active_thread_type & FF_THREAD_SLICE) && mb_y < s->mb_height)
363         put_marker(pbc, RST0 + (mb_y&7));
364     s->esc_pos = put_bits_count(pbc) >> 3;
365
366     for(i=0; i<3; i++)
367         s->last_dc[i] = 128 << s->intra_dc_precision;
368 }
369
370 void ff_mjpeg_encode_picture_trailer(MpegEncContext *s)
371 {
372
373     av_assert1((s->header_bits&7)==0);
374
375
376     put_marker(&s->pb, EOI);
377 }
378
379 void ff_mjpeg_encode_dc(MpegEncContext *s, int val,
380                         uint8_t *huff_size, uint16_t *huff_code)
381 {
382     int mant, nbits;
383
384     if (val == 0) {
385         put_bits(&s->pb, huff_size[0], huff_code[0]);
386     } else {
387         mant = val;
388         if (val < 0) {
389             val = -val;
390             mant--;
391         }
392
393         nbits= av_log2_16bit(val) + 1;
394
395         put_bits(&s->pb, huff_size[nbits], huff_code[nbits]);
396
397         put_sbits(&s->pb, nbits, mant);
398     }
399 }
400
401 static void encode_block(MpegEncContext *s, int16_t *block, int n)
402 {
403     int mant, nbits, code, i, j;
404     int component, dc, run, last_index, val;
405     MJpegContext *m = s->mjpeg_ctx;
406     uint8_t *huff_size_ac;
407     uint16_t *huff_code_ac;
408
409     /* DC coef */
410     component = (n <= 3 ? 0 : (n&1) + 1);
411     dc = block[0]; /* overflow is impossible */
412     val = dc - s->last_dc[component];
413     if (n < 4) {
414         ff_mjpeg_encode_dc(s, val, m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance);
415         huff_size_ac = m->huff_size_ac_luminance;
416         huff_code_ac = m->huff_code_ac_luminance;
417     } else {
418         ff_mjpeg_encode_dc(s, val, m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
419         huff_size_ac = m->huff_size_ac_chrominance;
420         huff_code_ac = m->huff_code_ac_chrominance;
421     }
422     s->last_dc[component] = dc;
423
424     /* AC coefs */
425
426     run = 0;
427     last_index = s->block_last_index[n];
428     for(i=1;i<=last_index;i++) {
429         j = s->intra_scantable.permutated[i];
430         val = block[j];
431         if (val == 0) {
432             run++;
433         } else {
434             while (run >= 16) {
435                 put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0xf0], huff_code_ac[0xf0]);
436                 run -= 16;
437             }
438             mant = val;
439             if (val < 0) {
440                 val = -val;
441                 mant--;
442             }
443
444             nbits= av_log2_16bit(val) + 1;
445             code = (run << 4) | nbits;
446
447             put_bits(&s->pb, huff_size_ac[code], huff_code_ac[code]);
448
449             put_sbits(&s->pb, nbits, mant);
450             run = 0;
451         }
452     }
453
454     /* output EOB only if not already 64 values */
455     if (last_index < 63 || run != 0)
456         put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0], huff_code_ac[0]);
457 }
458
459 void ff_mjpeg_encode_mb(MpegEncContext *s, int16_t block[6][64])
460 {
461     int i;
462     if (s->chroma_format == CHROMA_444) {
463         encode_block(s, block[0], 0);
464         encode_block(s, block[2], 2);
465         encode_block(s, block[4], 4);
466         encode_block(s, block[8], 8);
467         encode_block(s, block[5], 5);
468         encode_block(s, block[9], 9);
469
470         if (16*s->mb_x+8 < s->width) {
471             encode_block(s, block[1], 1);
472             encode_block(s, block[3], 3);
473             encode_block(s, block[6], 6);
474             encode_block(s, block[10], 10);
475             encode_block(s, block[7], 7);
476             encode_block(s, block[11], 11);
477         }
478     } else {
479         for(i=0;i<5;i++) {
480             encode_block(s, block[i], i);
481         }
482         if (s->chroma_format == CHROMA_420) {
483             encode_block(s, block[5], 5);
484         } else {
485             encode_block(s, block[6], 6);
486             encode_block(s, block[5], 5);
487             encode_block(s, block[7], 7);
488         }
489     }
490
491     s->i_tex_bits += get_bits_diff(s);
492 }
493
494 // maximum over s->mjpeg_vsample[i]
495 #define V_MAX 2
496 static int amv_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
497                               const AVFrame *pic_arg, int *got_packet)
498
499 {
500     MpegEncContext *s = avctx->priv_data;
501     AVFrame pic = *pic_arg;
502     int i;
503
504     //CODEC_FLAG_EMU_EDGE have to be cleared
505     if(s->avctx->flags & CODEC_FLAG_EMU_EDGE)
506         return -1;
507
508     //picture should be flipped upside-down
509     for(i=0; i < 3; i++) {
510         pic.data[i] += (pic.linesize[i] * (s->mjpeg_vsample[i] * (8 * s->mb_height -((s->height/V_MAX)&7)) - 1 ));
511         pic.linesize[i] *= -1;
512     }
513     return ff_MPV_encode_picture(avctx, pkt, &pic, got_packet);
514 }
515
516 #if CONFIG_MJPEG_ENCODER
517 AVCodec ff_mjpeg_encoder = {
518     .name           = "mjpeg",
519     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("MJPEG (Motion JPEG)"),
520     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
521     .id             = AV_CODEC_ID_MJPEG,
522     .priv_data_size = sizeof(MpegEncContext),
523     .init           = ff_MPV_encode_init,
524     .encode2        = ff_MPV_encode_picture,
525     .close          = ff_MPV_encode_end,
526     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS | CODEC_CAP_FRAME_THREADS | CODEC_CAP_INTRA_ONLY,
527     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){
528         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE
529     },
530 };
531 #endif
532 #if CONFIG_AMV_ENCODER
533 AVCodec ff_amv_encoder = {
534     .name           = "amv",
535     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AMV Video"),
536     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
537     .id             = AV_CODEC_ID_AMV,
538     .priv_data_size = sizeof(MpegEncContext),
539     .init           = ff_MPV_encode_init,
540     .encode2        = amv_encode_picture,
541     .close          = ff_MPV_encode_end,
542     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){
543         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_NONE
544     },
545 };
546 #endif