avcodec/mjpegenc: pass chroma quantization matrix through as well, not just luma
[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 "libavutil/pixdesc.h"
34
35 #include "avcodec.h"
36 #include "mpegvideo.h"
37 #include "mjpeg.h"
38 #include "mjpegenc.h"
39
40 /* use two quantizer tables (one for luminance and one for chrominance) */
41 /* not yet working */
42 #undef TWOMATRIXES
43
44
45 av_cold int ff_mjpeg_encode_init(MpegEncContext *s)
46 {
47     MJpegContext *m;
48
49     if (s->width > 65500 || s->height > 65500) {
50         av_log(s, AV_LOG_ERROR, "JPEG does not support resolutions above 65500x65500\n");
51         return AVERROR(EINVAL);
52     }
53
54     m = av_malloc(sizeof(MJpegContext));
55     if (!m)
56         return AVERROR(ENOMEM);
57
58     s->min_qcoeff=-1023;
59     s->max_qcoeff= 1023;
60
61     /* build all the huffman tables */
62     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_luminance,
63                                  m->huff_code_dc_luminance,
64                                  avpriv_mjpeg_bits_dc_luminance,
65                                  avpriv_mjpeg_val_dc);
66     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_chrominance,
67                                  m->huff_code_dc_chrominance,
68                                  avpriv_mjpeg_bits_dc_chrominance,
69                                  avpriv_mjpeg_val_dc);
70     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_luminance,
71                                  m->huff_code_ac_luminance,
72                                  avpriv_mjpeg_bits_ac_luminance,
73                                  avpriv_mjpeg_val_ac_luminance);
74     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_chrominance,
75                                  m->huff_code_ac_chrominance,
76                                  avpriv_mjpeg_bits_ac_chrominance,
77                                  avpriv_mjpeg_val_ac_chrominance);
78
79     s->mjpeg_ctx = m;
80     return 0;
81 }
82
83 void ff_mjpeg_encode_close(MpegEncContext *s)
84 {
85     av_free(s->mjpeg_ctx);
86 }
87
88 /* table_class: 0 = DC coef, 1 = AC coefs */
89 static int put_huffman_table(PutBitContext *p, int table_class, int table_id,
90                              const uint8_t *bits_table, const uint8_t *value_table)
91 {
92     int n, i;
93
94     put_bits(p, 4, table_class);
95     put_bits(p, 4, table_id);
96
97     n = 0;
98     for(i=1;i<=16;i++) {
99         n += bits_table[i];
100         put_bits(p, 8, bits_table[i]);
101     }
102
103     for(i=0;i<n;i++)
104         put_bits(p, 8, value_table[i]);
105
106     return n + 17;
107 }
108
109 static void jpeg_table_header(AVCodecContext *avctx, PutBitContext *p,
110                               ScanTable *intra_scantable,
111                               uint16_t luma_intra_matrix[64],
112                               uint16_t chroma_intra_matrix[64],
113                               int hsample[3])
114 {
115     int i, j, size;
116     uint8_t *ptr;
117
118     if (avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_LJPEG) {
119     /* quant matrixes */
120     put_marker(p, DQT);
121 #ifdef TWOMATRIXES
122     put_bits(p, 16, 2 + 2 * (1 + 64));
123 #else
124     put_bits(p, 16, 2 + 1 * (1 + 64));
125 #endif
126     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
127     put_bits(p, 4, 0); /* table 0 */
128     for(i=0;i<64;i++) {
129         j = intra_scantable->permutated[i];
130         put_bits(p, 8, luma_intra_matrix[j]);
131     }
132 #ifdef TWOMATRIXES
133     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
134     put_bits(p, 4, 1); /* table 1 */
135     for(i=0;i<64;i++) {
136         j = intra_scantable->permutated[i];
137         put_bits(p, 8, chroma_intra_matrix[j]);
138     }
139 #endif
140     }
141
142     if(avctx->active_thread_type & FF_THREAD_SLICE){
143         put_marker(p, DRI);
144         put_bits(p, 16, 4);
145         put_bits(p, 16, (avctx->width-1)/(8*hsample[0]) + 1);
146     }
147
148     /* huffman table */
149     put_marker(p, DHT);
150     flush_put_bits(p);
151     ptr = put_bits_ptr(p);
152     put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
153     size = 2;
154     size += put_huffman_table(p, 0, 0, avpriv_mjpeg_bits_dc_luminance,
155                               avpriv_mjpeg_val_dc);
156     size += put_huffman_table(p, 0, 1, avpriv_mjpeg_bits_dc_chrominance,
157                               avpriv_mjpeg_val_dc);
158
159     size += put_huffman_table(p, 1, 0, avpriv_mjpeg_bits_ac_luminance,
160                               avpriv_mjpeg_val_ac_luminance);
161     size += put_huffman_table(p, 1, 1, avpriv_mjpeg_bits_ac_chrominance,
162                               avpriv_mjpeg_val_ac_chrominance);
163     AV_WB16(ptr, size);
164 }
165
166 static void jpeg_put_comments(AVCodecContext *avctx, PutBitContext *p)
167 {
168     int size;
169     uint8_t *ptr;
170
171     if (avctx->sample_aspect_ratio.num > 0 && avctx->sample_aspect_ratio.den > 0) {
172         /* JFIF header */
173         put_marker(p, APP0);
174         put_bits(p, 16, 16);
175         avpriv_put_string(p, "JFIF", 1); /* this puts the trailing zero-byte too */
176         put_bits(p, 16, 0x0102);         /* v 1.02 */
177         put_bits(p,  8, 0);              /* units type: 0 - aspect ratio */
178         put_bits(p, 16, avctx->sample_aspect_ratio.num);
179         put_bits(p, 16, avctx->sample_aspect_ratio.den);
180         put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail width */
181         put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail height */
182     }
183
184     /* comment */
185     if (!(avctx->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)) {
186         put_marker(p, COM);
187         flush_put_bits(p);
188         ptr = put_bits_ptr(p);
189         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
190         avpriv_put_string(p, LIBAVCODEC_IDENT, 1);
191         size = strlen(LIBAVCODEC_IDENT)+3;
192         AV_WB16(ptr, size);
193     }
194
195     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV420P ||
196         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV422P ||
197         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
198         put_marker(p, COM);
199         flush_put_bits(p);
200         ptr = put_bits_ptr(p);
201         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
202         avpriv_put_string(p, "CS=ITU601", 1);
203         size = strlen("CS=ITU601")+3;
204         AV_WB16(ptr, size);
205     }
206 }
207
208 void ff_mjpeg_init_hvsample(AVCodecContext *avctx, int hsample[3], int vsample[3])
209 {
210     int chroma_h_shift, chroma_v_shift;
211
212     av_pix_fmt_get_chroma_sub_sample(avctx->pix_fmt, &chroma_h_shift,
213                                      &chroma_v_shift);
214     if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_LJPEG &&
215         (   avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR0
216          || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGRA
217          || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24)) {
218         vsample[0] = hsample[0] =
219         vsample[1] = hsample[1] =
220         vsample[2] = hsample[2] = 1;
221     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P) {
222         vsample[0] = vsample[1] = vsample[2] = 2;
223         hsample[0] = hsample[1] = hsample[2] = 1;
224     } else {
225         vsample[0] = 2;
226         vsample[1] = 2 >> chroma_v_shift;
227         vsample[2] = 2 >> chroma_v_shift;
228         hsample[0] = 2;
229         hsample[1] = 2 >> chroma_h_shift;
230         hsample[2] = 2 >> chroma_h_shift;
231     }
232 }
233
234 void ff_mjpeg_encode_picture_header(AVCodecContext *avctx, PutBitContext *pb,
235                                     ScanTable *intra_scantable,
236                                     uint16_t luma_intra_matrix[64],
237                                     uint16_t chroma_intra_matrix[64])
238 {
239     const int lossless = avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_MJPEG && avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_AMV;
240     int hsample[3], vsample[3];
241     int i;
242
243     ff_mjpeg_init_hvsample(avctx, hsample, vsample);
244
245     put_marker(pb, SOI);
246
247     // hack for AMV mjpeg format
248     if(avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_AMV) goto end;
249
250     jpeg_put_comments(avctx, pb);
251
252     jpeg_table_header(avctx, pb, intra_scantable, luma_intra_matrix, chroma_intra_matrix, hsample);
253
254     switch (avctx->codec_id) {
255     case AV_CODEC_ID_MJPEG:  put_marker(pb, SOF0 ); break;
256     case AV_CODEC_ID_LJPEG:  put_marker(pb, SOF3 ); break;
257     default: av_assert0(0);
258     }
259
260     put_bits(pb, 16, 17);
261     if (lossless && (  avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR0
262                     || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGRA
263                     || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24))
264         put_bits(pb, 8, 9); /* 9 bits/component RCT */
265     else
266         put_bits(pb, 8, 8); /* 8 bits/component */
267     put_bits(pb, 16, avctx->height);
268     put_bits(pb, 16, avctx->width);
269     put_bits(pb, 8, 3); /* 3 components */
270
271     /* Y component */
272     put_bits(pb, 8, 1); /* component number */
273     put_bits(pb, 4, hsample[0]); /* H factor */
274     put_bits(pb, 4, vsample[0]); /* V factor */
275     put_bits(pb, 8, 0); /* select matrix */
276
277     /* Cb component */
278     put_bits(pb, 8, 2); /* component number */
279     put_bits(pb, 4, hsample[1]); /* H factor */
280     put_bits(pb, 4, vsample[1]); /* V factor */
281 #ifdef TWOMATRIXES
282     put_bits(pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
283 #else
284     put_bits(pb, 8, 0); /* select matrix */
285 #endif
286
287     /* Cr component */
288     put_bits(pb, 8, 3); /* component number */
289     put_bits(pb, 4, hsample[2]); /* H factor */
290     put_bits(pb, 4, vsample[2]); /* V factor */
291 #ifdef TWOMATRIXES
292     put_bits(pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
293 #else
294     put_bits(pb, 8, 0); /* select matrix */
295 #endif
296
297     /* scan header */
298     put_marker(pb, SOS);
299     put_bits(pb, 16, 12); /* length */
300     put_bits(pb, 8, 3); /* 3 components */
301
302     /* Y component */
303     put_bits(pb, 8, 1); /* index */
304     put_bits(pb, 4, 0); /* DC huffman table index */
305     put_bits(pb, 4, 0); /* AC huffman table index */
306
307     /* Cb component */
308     put_bits(pb, 8, 2); /* index */
309     put_bits(pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
310     put_bits(pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
311
312     /* Cr component */
313     put_bits(pb, 8, 3); /* index */
314     put_bits(pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
315     put_bits(pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
316
317     put_bits(pb, 8, lossless ? avctx->prediction_method + 1 : 0); /* Ss (not used) */
318
319     switch (avctx->codec_id) {
320     case AV_CODEC_ID_MJPEG:  put_bits(pb, 8, 63); break; /* Se (not used) */
321     case AV_CODEC_ID_LJPEG:  put_bits(pb, 8,  0); break; /* not used */
322     default: av_assert0(0);
323     }
324
325     put_bits(pb, 8, 0); /* Ah/Al (not used) */
326
327 end:
328     if (!lossless) {
329         MpegEncContext *s = avctx->priv_data;
330         av_assert0(avctx->codec->priv_data_size == sizeof(MpegEncContext));
331
332         s->esc_pos = put_bits_count(pb) >> 3;
333         for(i=1; i<s->slice_context_count; i++)
334             s->thread_context[i]->esc_pos = 0;
335     }
336 }
337
338 void ff_mjpeg_escape_FF(PutBitContext *pb, int start)
339 {
340     int size;
341     int i, ff_count;
342     uint8_t *buf = pb->buf + start;
343     int align= (-(size_t)(buf))&3;
344     int pad = (-put_bits_count(pb))&7;
345
346     if (pad)
347         put_bits(pb, pad, (1<<pad)-1);
348
349     flush_put_bits(pb);
350     size = put_bits_count(pb) - start * 8;
351
352     av_assert1((size&7) == 0);
353     size >>= 3;
354
355     ff_count=0;
356     for(i=0; i<size && i<align; i++){
357         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
358     }
359     for(; i<size-15; i+=16){
360         int acc, v;
361
362         v= *(uint32_t*)(&buf[i]);
363         acc= (((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
364         v= *(uint32_t*)(&buf[i+4]);
365         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
366         v= *(uint32_t*)(&buf[i+8]);
367         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
368         v= *(uint32_t*)(&buf[i+12]);
369         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
370
371         acc>>=4;
372         acc+= (acc>>16);
373         acc+= (acc>>8);
374         ff_count+= acc&0xFF;
375     }
376     for(; i<size; i++){
377         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
378     }
379
380     if(ff_count==0) return;
381
382     flush_put_bits(pb);
383     skip_put_bytes(pb, ff_count);
384
385     for(i=size-1; ff_count; i--){
386         int v= buf[i];
387
388         if(v==0xFF){
389             buf[i+ff_count]= 0;
390             ff_count--;
391         }
392
393         buf[i+ff_count]= v;
394     }
395 }
396
397 void ff_mjpeg_encode_stuffing(MpegEncContext *s)
398 {
399     int i;
400     PutBitContext *pbc = &s->pb;
401     int mb_y = s->mb_y - !s->mb_x;
402
403     ff_mjpeg_escape_FF(pbc, s->esc_pos);
404
405     if((s->avctx->active_thread_type & FF_THREAD_SLICE) && mb_y < s->mb_height)
406         put_marker(pbc, RST0 + (mb_y&7));
407     s->esc_pos = put_bits_count(pbc) >> 3;
408
409     for(i=0; i<3; i++)
410         s->last_dc[i] = 128 << s->intra_dc_precision;
411 }
412
413 void ff_mjpeg_encode_picture_trailer(PutBitContext *pb, int header_bits)
414 {
415     av_assert1((header_bits & 7) == 0);
416
417     put_marker(pb, EOI);
418 }
419
420 void ff_mjpeg_encode_dc(PutBitContext *pb, int val,
421                         uint8_t *huff_size, uint16_t *huff_code)
422 {
423     int mant, nbits;
424
425     if (val == 0) {
426         put_bits(pb, huff_size[0], huff_code[0]);
427     } else {
428         mant = val;
429         if (val < 0) {
430             val = -val;
431             mant--;
432         }
433
434         nbits= av_log2_16bit(val) + 1;
435
436         put_bits(pb, huff_size[nbits], huff_code[nbits]);
437
438         put_sbits(pb, nbits, mant);
439     }
440 }
441
442 static void encode_block(MpegEncContext *s, int16_t *block, int n)
443 {
444     int mant, nbits, code, i, j;
445     int component, dc, run, last_index, val;
446     MJpegContext *m = s->mjpeg_ctx;
447     uint8_t *huff_size_ac;
448     uint16_t *huff_code_ac;
449
450     /* DC coef */
451     component = (n <= 3 ? 0 : (n&1) + 1);
452     dc = block[0]; /* overflow is impossible */
453     val = dc - s->last_dc[component];
454     if (n < 4) {
455         ff_mjpeg_encode_dc(&s->pb, val, m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance);
456         huff_size_ac = m->huff_size_ac_luminance;
457         huff_code_ac = m->huff_code_ac_luminance;
458     } else {
459         ff_mjpeg_encode_dc(&s->pb, val, m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
460         huff_size_ac = m->huff_size_ac_chrominance;
461         huff_code_ac = m->huff_code_ac_chrominance;
462     }
463     s->last_dc[component] = dc;
464
465     /* AC coefs */
466
467     run = 0;
468     last_index = s->block_last_index[n];
469     for(i=1;i<=last_index;i++) {
470         j = s->intra_scantable.permutated[i];
471         val = block[j];
472         if (val == 0) {
473             run++;
474         } else {
475             while (run >= 16) {
476                 put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0xf0], huff_code_ac[0xf0]);
477                 run -= 16;
478             }
479             mant = val;
480             if (val < 0) {
481                 val = -val;
482                 mant--;
483             }
484
485             nbits= av_log2_16bit(val) + 1;
486             code = (run << 4) | nbits;
487
488             put_bits(&s->pb, huff_size_ac[code], huff_code_ac[code]);
489
490             put_sbits(&s->pb, nbits, mant);
491             run = 0;
492         }
493     }
494
495     /* output EOB only if not already 64 values */
496     if (last_index < 63 || run != 0)
497         put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0], huff_code_ac[0]);
498 }
499
500 void ff_mjpeg_encode_mb(MpegEncContext *s, int16_t block[6][64])
501 {
502     int i;
503     if (s->chroma_format == CHROMA_444) {
504         encode_block(s, block[0], 0);
505         encode_block(s, block[2], 2);
506         encode_block(s, block[4], 4);
507         encode_block(s, block[8], 8);
508         encode_block(s, block[5], 5);
509         encode_block(s, block[9], 9);
510
511         if (16*s->mb_x+8 < s->width) {
512             encode_block(s, block[1], 1);
513             encode_block(s, block[3], 3);
514             encode_block(s, block[6], 6);
515             encode_block(s, block[10], 10);
516             encode_block(s, block[7], 7);
517             encode_block(s, block[11], 11);
518         }
519     } else {
520         for(i=0;i<5;i++) {
521             encode_block(s, block[i], i);
522         }
523         if (s->chroma_format == CHROMA_420) {
524             encode_block(s, block[5], 5);
525         } else {
526             encode_block(s, block[6], 6);
527             encode_block(s, block[5], 5);
528             encode_block(s, block[7], 7);
529         }
530     }
531
532     s->i_tex_bits += get_bits_diff(s);
533 }
534
535 // maximum over s->mjpeg_vsample[i]
536 #define V_MAX 2
537 static int amv_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
538                               const AVFrame *pic_arg, int *got_packet)
539
540 {
541     MpegEncContext *s = avctx->priv_data;
542     AVFrame *pic;
543     int i, ret;
544     int chroma_h_shift, chroma_v_shift;
545
546     av_pix_fmt_get_chroma_sub_sample(avctx->pix_fmt, &chroma_h_shift, &chroma_v_shift);
547
548     //CODEC_FLAG_EMU_EDGE have to be cleared
549     if(s->avctx->flags & CODEC_FLAG_EMU_EDGE)
550         return AVERROR(EINVAL);
551
552     pic = av_frame_alloc();
553     if (!pic)
554         return AVERROR(ENOMEM);
555     av_frame_ref(pic, pic_arg);
556     //picture should be flipped upside-down
557     for(i=0; i < 3; i++) {
558         int vsample = i ? 2 >> chroma_v_shift : 2;
559         pic->data[i] += (pic->linesize[i] * (vsample * (8 * s->mb_height -((s->height/V_MAX)&7)) - 1 ));
560         pic->linesize[i] *= -1;
561     }
562     ret = ff_MPV_encode_picture(avctx, pkt, pic, got_packet);
563     av_frame_free(&pic);
564     return ret;
565 }
566
567 #if CONFIG_MJPEG_ENCODER
568 AVCodec ff_mjpeg_encoder = {
569     .name           = "mjpeg",
570     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("MJPEG (Motion JPEG)"),
571     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
572     .id             = AV_CODEC_ID_MJPEG,
573     .priv_data_size = sizeof(MpegEncContext),
574     .init           = ff_MPV_encode_init,
575     .encode2        = ff_MPV_encode_picture,
576     .close          = ff_MPV_encode_end,
577     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS | CODEC_CAP_FRAME_THREADS | CODEC_CAP_INTRA_ONLY,
578     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){
579         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_YUVJ444P, AV_PIX_FMT_NONE
580     },
581 };
582 #endif
583 #if CONFIG_AMV_ENCODER
584 AVCodec ff_amv_encoder = {
585     .name           = "amv",
586     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("AMV Video"),
587     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
588     .id             = AV_CODEC_ID_AMV,
589     .priv_data_size = sizeof(MpegEncContext),
590     .init           = ff_MPV_encode_init,
591     .encode2        = amv_encode_picture,
592     .close          = ff_MPV_encode_end,
593     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){
594         AV_PIX_FMT_YUVJ420P, AV_PIX_FMT_YUVJ422P, AV_PIX_FMT_NONE
595     },
596 };
597 #endif