Support gray8a png encoding.
[ffmpeg.git] / libavcodec / pngenc.c
1 /*
2  * PNG image format
3  * Copyright (c) 2003 Fabrice Bellard
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21 #include "avcodec.h"
22 #include "bytestream.h"
23 #include "dsputil.h"
24 #include "png.h"
25
26 /* TODO:
27  * - add 2, 4 and 16 bit depth support
28  */
29
30 #include <zlib.h>
31
32 //#define DEBUG
33
34 #define IOBUF_SIZE 4096
35
36 typedef struct PNGEncContext {
37     DSPContext dsp;
38
39     uint8_t *bytestream;
40     uint8_t *bytestream_start;
41     uint8_t *bytestream_end;
42     AVFrame picture;
43
44     int filter_type;
45
46     z_stream zstream;
47     uint8_t buf[IOBUF_SIZE];
48 } PNGEncContext;
49
50 static void png_get_interlaced_row(uint8_t *dst, int row_size,
51                                    int bits_per_pixel, int pass,
52                                    const uint8_t *src, int width)
53 {
54     int x, mask, dst_x, j, b, bpp;
55     uint8_t *d;
56     const uint8_t *s;
57
58     mask = ff_png_pass_mask[pass];
59     switch(bits_per_pixel) {
60     case 1:
61         memset(dst, 0, row_size);
62         dst_x = 0;
63         for(x = 0; x < width; x++) {
64             j = (x & 7);
65             if ((mask << j) & 0x80) {
66                 b = (src[x >> 3] >> (7 - j)) & 1;
67                 dst[dst_x >> 3] |= b << (7 - (dst_x & 7));
68                 dst_x++;
69             }
70         }
71         break;
72     default:
73         bpp = bits_per_pixel >> 3;
74         d = dst;
75         s = src;
76         for(x = 0; x < width; x++) {
77             j = x & 7;
78             if ((mask << j) & 0x80) {
79                 memcpy(d, s, bpp);
80                 d += bpp;
81             }
82             s += bpp;
83         }
84         break;
85     }
86 }
87
88 static void sub_png_paeth_prediction(uint8_t *dst, uint8_t *src, uint8_t *top, int w, int bpp)
89 {
90     int i;
91     for(i = 0; i < w; i++) {
92         int a, b, c, p, pa, pb, pc;
93
94         a = src[i - bpp];
95         b = top[i];
96         c = top[i - bpp];
97
98         p = b - c;
99         pc = a - c;
100
101         pa = abs(p);
102         pb = abs(pc);
103         pc = abs(p + pc);
104
105         if (pa <= pb && pa <= pc)
106             p = a;
107         else if (pb <= pc)
108             p = b;
109         else
110             p = c;
111         dst[i] = src[i] - p;
112     }
113 }
114
115 static void png_filter_row(DSPContext *dsp, uint8_t *dst, int filter_type,
116                            uint8_t *src, uint8_t *top, int size, int bpp)
117 {
118     int i;
119
120     switch(filter_type) {
121     case PNG_FILTER_VALUE_NONE:
122         memcpy(dst, src, size);
123         break;
124     case PNG_FILTER_VALUE_SUB:
125         dsp->diff_bytes(dst, src, src-bpp, size);
126         memcpy(dst, src, bpp);
127         break;
128     case PNG_FILTER_VALUE_UP:
129         dsp->diff_bytes(dst, src, top, size);
130         break;
131     case PNG_FILTER_VALUE_AVG:
132         for(i = 0; i < bpp; i++)
133             dst[i] = src[i] - (top[i] >> 1);
134         for(; i < size; i++)
135             dst[i] = src[i] - ((src[i-bpp] + top[i]) >> 1);
136         break;
137     case PNG_FILTER_VALUE_PAETH:
138         for(i = 0; i < bpp; i++)
139             dst[i] = src[i] - top[i];
140         sub_png_paeth_prediction(dst+i, src+i, top+i, size-i, bpp);
141         break;
142     }
143 }
144
145 static uint8_t *png_choose_filter(PNGEncContext *s, uint8_t *dst,
146                                   uint8_t *src, uint8_t *top, int size, int bpp)
147 {
148     int pred = s->filter_type;
149     assert(bpp || !pred);
150     if(!top && pred)
151         pred = PNG_FILTER_VALUE_SUB;
152     if(pred == PNG_FILTER_VALUE_MIXED) {
153         int i;
154         int cost, bcost = INT_MAX;
155         uint8_t *buf1 = dst, *buf2 = dst + size + 16;
156         for(pred=0; pred<5; pred++) {
157             png_filter_row(&s->dsp, buf1+1, pred, src, top, size, bpp);
158             buf1[0] = pred;
159             cost = 0;
160             for(i=0; i<=size; i++)
161                 cost += abs((int8_t)buf1[i]);
162             if(cost < bcost) {
163                 bcost = cost;
164                 FFSWAP(uint8_t*, buf1, buf2);
165             }
166         }
167         return buf2;
168     } else {
169         png_filter_row(&s->dsp, dst+1, pred, src, top, size, bpp);
170         dst[0] = pred;
171         return dst;
172     }
173 }
174
175 static void convert_from_rgb32(uint8_t *dst, const uint8_t *src, int width)
176 {
177     uint8_t *d;
178     int j;
179     unsigned int v;
180
181     d = dst;
182     for(j = 0; j < width; j++) {
183         v = ((const uint32_t *)src)[j];
184         d[0] = v >> 16;
185         d[1] = v >> 8;
186         d[2] = v;
187         d[3] = v >> 24;
188         d += 4;
189     }
190 }
191
192 static void png_write_chunk(uint8_t **f, uint32_t tag,
193                             const uint8_t *buf, int length)
194 {
195     uint32_t crc;
196     uint8_t tagbuf[4];
197
198     bytestream_put_be32(f, length);
199     crc = crc32(0, Z_NULL, 0);
200     AV_WL32(tagbuf, tag);
201     crc = crc32(crc, tagbuf, 4);
202     bytestream_put_be32(f, av_bswap32(tag));
203     if (length > 0) {
204         crc = crc32(crc, buf, length);
205         memcpy(*f, buf, length);
206         *f += length;
207     }
208     bytestream_put_be32(f, crc);
209 }
210
211 /* XXX: do filtering */
212 static int png_write_row(PNGEncContext *s, const uint8_t *data, int size)
213 {
214     int ret;
215
216     s->zstream.avail_in = size;
217     s->zstream.next_in = (uint8_t *)data;
218     while (s->zstream.avail_in > 0) {
219         ret = deflate(&s->zstream, Z_NO_FLUSH);
220         if (ret != Z_OK)
221             return -1;
222         if (s->zstream.avail_out == 0) {
223             if(s->bytestream_end - s->bytestream > IOBUF_SIZE + 100)
224                 png_write_chunk(&s->bytestream, MKTAG('I', 'D', 'A', 'T'), s->buf, IOBUF_SIZE);
225             s->zstream.avail_out = IOBUF_SIZE;
226             s->zstream.next_out = s->buf;
227         }
228     }
229     return 0;
230 }
231
232 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
233     PNGEncContext *s = avctx->priv_data;
234     AVFrame *pict = data;
235     AVFrame * const p= &s->picture;
236     int bit_depth, color_type, y, len, row_size, ret, is_progressive;
237     int bits_per_pixel, pass_row_size;
238     int compression_level;
239     uint8_t *ptr, *top;
240     uint8_t *crow_base = NULL, *crow_buf, *crow;
241     uint8_t *progressive_buf = NULL;
242     uint8_t *rgba_buf = NULL;
243     uint8_t *top_buf = NULL;
244
245     *p = *pict;
246     p->pict_type= AV_PICTURE_TYPE_I;
247     p->key_frame= 1;
248
249     s->bytestream_start=
250     s->bytestream= buf;
251     s->bytestream_end= buf+buf_size;
252
253     is_progressive = !!(avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT);
254     switch(avctx->pix_fmt) {
255     case PIX_FMT_RGB32:
256         bit_depth = 8;
257         color_type = PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA;
258         break;
259     case PIX_FMT_RGB24:
260         bit_depth = 8;
261         color_type = PNG_COLOR_TYPE_RGB;
262         break;
263     case PIX_FMT_GRAY8:
264         bit_depth = 8;
265         color_type = PNG_COLOR_TYPE_GRAY;
266         break;
267     case PIX_FMT_GRAY8A:
268         bit_depth = 8;
269         color_type = PNG_COLOR_TYPE_GRAY_ALPHA;
270         break;
271     case PIX_FMT_MONOBLACK:
272         bit_depth = 1;
273         color_type = PNG_COLOR_TYPE_GRAY;
274         break;
275     case PIX_FMT_PAL8:
276         bit_depth = 8;
277         color_type = PNG_COLOR_TYPE_PALETTE;
278         break;
279     default:
280         return -1;
281     }
282     bits_per_pixel = ff_png_get_nb_channels(color_type) * bit_depth;
283     row_size = (avctx->width * bits_per_pixel + 7) >> 3;
284
285     s->zstream.zalloc = ff_png_zalloc;
286     s->zstream.zfree = ff_png_zfree;
287     s->zstream.opaque = NULL;
288     compression_level = avctx->compression_level == FF_COMPRESSION_DEFAULT ?
289                             Z_DEFAULT_COMPRESSION :
290                             av_clip(avctx->compression_level, 0, 9);
291     ret = deflateInit2(&s->zstream, compression_level,
292                        Z_DEFLATED, 15, 8, Z_DEFAULT_STRATEGY);
293     if (ret != Z_OK)
294         return -1;
295     crow_base = av_malloc((row_size + 32) << (s->filter_type == PNG_FILTER_VALUE_MIXED));
296     if (!crow_base)
297         goto fail;
298     crow_buf = crow_base + 15; // pixel data should be aligned, but there's a control byte before it
299     if (is_progressive) {
300         progressive_buf = av_malloc(row_size + 1);
301         if (!progressive_buf)
302             goto fail;
303     }
304     if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA) {
305         rgba_buf = av_malloc(row_size + 1);
306         if (!rgba_buf)
307             goto fail;
308     }
309     if (is_progressive || color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA) {
310         top_buf = av_malloc(row_size + 1);
311         if (!top_buf)
312             goto fail;
313     }
314
315     /* write png header */
316     memcpy(s->bytestream, ff_pngsig, 8);
317     s->bytestream += 8;
318
319     AV_WB32(s->buf, avctx->width);
320     AV_WB32(s->buf + 4, avctx->height);
321     s->buf[8] = bit_depth;
322     s->buf[9] = color_type;
323     s->buf[10] = 0; /* compression type */
324     s->buf[11] = 0; /* filter type */
325     s->buf[12] = is_progressive; /* interlace type */
326
327     png_write_chunk(&s->bytestream, MKTAG('I', 'H', 'D', 'R'), s->buf, 13);
328
329     /* put the palette if needed */
330     if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_PALETTE) {
331         int has_alpha, alpha, i;
332         unsigned int v;
333         uint32_t *palette;
334         uint8_t *alpha_ptr;
335
336         palette = (uint32_t *)p->data[1];
337         ptr = s->buf;
338         alpha_ptr = s->buf + 256 * 3;
339         has_alpha = 0;
340         for(i = 0; i < 256; i++) {
341             v = palette[i];
342             alpha = v >> 24;
343             if (alpha != 0xff)
344                 has_alpha = 1;
345             *alpha_ptr++ = alpha;
346             bytestream_put_be24(&ptr, v);
347         }
348         png_write_chunk(&s->bytestream, MKTAG('P', 'L', 'T', 'E'), s->buf, 256 * 3);
349         if (has_alpha) {
350             png_write_chunk(&s->bytestream, MKTAG('t', 'R', 'N', 'S'), s->buf + 256 * 3, 256);
351         }
352     }
353
354     /* now put each row */
355     s->zstream.avail_out = IOBUF_SIZE;
356     s->zstream.next_out = s->buf;
357     if (is_progressive) {
358         int pass;
359
360         for(pass = 0; pass < NB_PASSES; pass++) {
361             /* NOTE: a pass is completely omited if no pixels would be
362                output */
363             pass_row_size = ff_png_pass_row_size(pass, bits_per_pixel, avctx->width);
364             if (pass_row_size > 0) {
365                 top = NULL;
366                 for(y = 0; y < avctx->height; y++) {
367                     if ((ff_png_pass_ymask[pass] << (y & 7)) & 0x80) {
368                         ptr = p->data[0] + y * p->linesize[0];
369                         FFSWAP(uint8_t*, progressive_buf, top_buf);
370                         if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA) {
371                             convert_from_rgb32(rgba_buf, ptr, avctx->width);
372                             ptr = rgba_buf;
373                         }
374                         png_get_interlaced_row(progressive_buf, pass_row_size,
375                                                bits_per_pixel, pass,
376                                                ptr, avctx->width);
377                         crow = png_choose_filter(s, crow_buf, progressive_buf, top, pass_row_size, bits_per_pixel>>3);
378                         png_write_row(s, crow, pass_row_size + 1);
379                         top = progressive_buf;
380                     }
381                 }
382             }
383         }
384     } else {
385         top = NULL;
386         for(y = 0; y < avctx->height; y++) {
387             ptr = p->data[0] + y * p->linesize[0];
388             if (color_type == PNG_COLOR_TYPE_RGB_ALPHA) {
389                 FFSWAP(uint8_t*, rgba_buf, top_buf);
390                 convert_from_rgb32(rgba_buf, ptr, avctx->width);
391                 ptr = rgba_buf;
392             }
393             crow = png_choose_filter(s, crow_buf, ptr, top, row_size, bits_per_pixel>>3);
394             png_write_row(s, crow, row_size + 1);
395             top = ptr;
396         }
397     }
398     /* compress last bytes */
399     for(;;) {
400         ret = deflate(&s->zstream, Z_FINISH);
401         if (ret == Z_OK || ret == Z_STREAM_END) {
402             len = IOBUF_SIZE - s->zstream.avail_out;
403             if (len > 0 && s->bytestream_end - s->bytestream > len + 100) {
404                 png_write_chunk(&s->bytestream, MKTAG('I', 'D', 'A', 'T'), s->buf, len);
405             }
406             s->zstream.avail_out = IOBUF_SIZE;
407             s->zstream.next_out = s->buf;
408             if (ret == Z_STREAM_END)
409                 break;
410         } else {
411             goto fail;
412         }
413     }
414     png_write_chunk(&s->bytestream, MKTAG('I', 'E', 'N', 'D'), NULL, 0);
415
416     ret = s->bytestream - s->bytestream_start;
417  the_end:
418     av_free(crow_base);
419     av_free(progressive_buf);
420     av_free(rgba_buf);
421     av_free(top_buf);
422     deflateEnd(&s->zstream);
423     return ret;
424  fail:
425     ret = -1;
426     goto the_end;
427 }
428
429 static av_cold int png_enc_init(AVCodecContext *avctx){
430     PNGEncContext *s = avctx->priv_data;
431
432     avcodec_get_frame_defaults(&s->picture);
433     avctx->coded_frame= &s->picture;
434     dsputil_init(&s->dsp, avctx);
435
436     s->filter_type = av_clip(avctx->prediction_method, PNG_FILTER_VALUE_NONE, PNG_FILTER_VALUE_MIXED);
437     if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_MONOBLACK)
438         s->filter_type = PNG_FILTER_VALUE_NONE;
439
440     return 0;
441 }
442
443 AVCodec ff_png_encoder = {
444     .name           = "png",
445     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
446     .id             = CODEC_ID_PNG,
447     .priv_data_size = sizeof(PNGEncContext),
448     .init           = png_enc_init,
449     .encode         = encode_frame,
450     .pix_fmts= (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_RGB24, PIX_FMT_RGB32, PIX_FMT_PAL8, PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_GRAY8A, PIX_FMT_MONOBLACK, PIX_FMT_NONE},
451     .long_name= NULL_IF_CONFIG_SMALL("PNG image"),
452 };