add proper prefix to new mjpeg extern func/var
[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
41 /* use two quantizer tables (one for luminance and one for chrominance) */
42 /* not yet working */
43 #undef TWOMATRIXES
44
45 typedef struct MJpegContext {
46     uint8_t huff_size_dc_luminance[12]; //FIXME use array [3] instead of lumi / chrom, for easier addressing
47     uint16_t huff_code_dc_luminance[12];
48     uint8_t huff_size_dc_chrominance[12];
49     uint16_t huff_code_dc_chrominance[12];
50
51     uint8_t huff_size_ac_luminance[256];
52     uint16_t huff_code_ac_luminance[256];
53     uint8_t huff_size_ac_chrominance[256];
54     uint16_t huff_code_ac_chrominance[256];
55 } MJpegContext;
56
57
58 int mjpeg_init(MpegEncContext *s)
59 {
60     MJpegContext *m;
61
62     m = av_malloc(sizeof(MJpegContext));
63     if (!m)
64         return -1;
65
66     s->min_qcoeff=-1023;
67     s->max_qcoeff= 1023;
68
69     /* build all the huffman tables */
70     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_luminance,
71                                  m->huff_code_dc_luminance,
72                                  ff_mjpeg_bits_dc_luminance,
73                                  ff_mjpeg_val_dc_luminance);
74     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_dc_chrominance,
75                                  m->huff_code_dc_chrominance,
76                                  ff_mjpeg_bits_dc_chrominance,
77                                  ff_mjpeg_val_dc_chrominance);
78     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_luminance,
79                                  m->huff_code_ac_luminance,
80                                  ff_mjpeg_bits_ac_luminance,
81                                  ff_mjpeg_val_ac_luminance);
82     ff_mjpeg_build_huffman_codes(m->huff_size_ac_chrominance,
83                                  m->huff_code_ac_chrominance,
84                                  ff_mjpeg_bits_ac_chrominance,
85                                  ff_mjpeg_val_ac_chrominance);
86
87     s->mjpeg_ctx = m;
88     return 0;
89 }
90
91 void mjpeg_close(MpegEncContext *s)
92 {
93     av_free(s->mjpeg_ctx);
94 }
95
96 /* table_class: 0 = DC coef, 1 = AC coefs */
97 static int put_huffman_table(MpegEncContext *s, int table_class, int table_id,
98                              const uint8_t *bits_table, const uint8_t *value_table)
99 {
100     PutBitContext *p = &s->pb;
101     int n, i;
102
103     put_bits(p, 4, table_class);
104     put_bits(p, 4, table_id);
105
106     n = 0;
107     for(i=1;i<=16;i++) {
108         n += bits_table[i];
109         put_bits(p, 8, bits_table[i]);
110     }
111
112     for(i=0;i<n;i++)
113         put_bits(p, 8, value_table[i]);
114
115     return n + 17;
116 }
117
118 static void jpeg_table_header(MpegEncContext *s)
119 {
120     PutBitContext *p = &s->pb;
121     int i, j, size;
122     uint8_t *ptr;
123
124     /* quant matrixes */
125     put_marker(p, DQT);
126 #ifdef TWOMATRIXES
127     put_bits(p, 16, 2 + 2 * (1 + 64));
128 #else
129     put_bits(p, 16, 2 + 1 * (1 + 64));
130 #endif
131     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
132     put_bits(p, 4, 0); /* table 0 */
133     for(i=0;i<64;i++) {
134         j = s->intra_scantable.permutated[i];
135         put_bits(p, 8, s->intra_matrix[j]);
136     }
137 #ifdef TWOMATRIXES
138     put_bits(p, 4, 0); /* 8 bit precision */
139     put_bits(p, 4, 1); /* table 1 */
140     for(i=0;i<64;i++) {
141         j = s->intra_scantable.permutated[i];
142         put_bits(p, 8, s->chroma_intra_matrix[j]);
143     }
144 #endif
145
146     /* huffman table */
147     put_marker(p, DHT);
148     flush_put_bits(p);
149     ptr = pbBufPtr(p);
150     put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
151     size = 2;
152     size += put_huffman_table(s, 0, 0, ff_mjpeg_bits_dc_luminance,
153                               ff_mjpeg_val_dc_luminance);
154     size += put_huffman_table(s, 0, 1, ff_mjpeg_bits_dc_chrominance,
155                               ff_mjpeg_val_dc_chrominance);
156
157     size += put_huffman_table(s, 1, 0, ff_mjpeg_bits_ac_luminance,
158                               ff_mjpeg_val_ac_luminance);
159     size += put_huffman_table(s, 1, 1, ff_mjpeg_bits_ac_chrominance,
160                               ff_mjpeg_val_ac_chrominance);
161     ptr[0] = size >> 8;
162     ptr[1] = size;
163 }
164
165 static void jpeg_put_comments(MpegEncContext *s)
166 {
167     PutBitContext *p = &s->pb;
168     int size;
169     uint8_t *ptr;
170
171     if (s->aspect_ratio_info /* && !lossless */)
172     {
173     /* JFIF header */
174     put_marker(p, APP0);
175     put_bits(p, 16, 16);
176     ff_put_string(p, "JFIF", 1); /* this puts the trailing zero-byte too */
177     put_bits(p, 16, 0x0201); /* v 1.02 */
178     put_bits(p, 8, 0); /* units type: 0 - aspect ratio */
179     put_bits(p, 16, s->avctx->sample_aspect_ratio.num);
180     put_bits(p, 16, s->avctx->sample_aspect_ratio.den);
181     put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail width */
182     put_bits(p, 8, 0); /* thumbnail height */
183     }
184
185     /* comment */
186     if(!(s->flags & CODEC_FLAG_BITEXACT)){
187         put_marker(p, COM);
188         flush_put_bits(p);
189         ptr = pbBufPtr(p);
190         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
191         ff_put_string(p, LIBAVCODEC_IDENT, 1);
192         size = strlen(LIBAVCODEC_IDENT)+3;
193         ptr[0] = size >> 8;
194         ptr[1] = size;
195     }
196
197     if(  s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV420P
198        ||s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV422P
199        ||s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV444P){
200         put_marker(p, COM);
201         flush_put_bits(p);
202         ptr = pbBufPtr(p);
203         put_bits(p, 16, 0); /* patched later */
204         ff_put_string(p, "CS=ITU601", 1);
205         size = strlen("CS=ITU601")+3;
206         ptr[0] = size >> 8;
207         ptr[1] = size;
208     }
209 }
210
211 void mjpeg_picture_header(MpegEncContext *s)
212 {
213     const int lossless= s->avctx->codec_id != CODEC_ID_MJPEG;
214
215     put_marker(&s->pb, SOI);
216
217     jpeg_put_comments(s);
218
219     jpeg_table_header(s);
220
221     switch(s->avctx->codec_id){
222     case CODEC_ID_MJPEG:  put_marker(&s->pb, SOF0 ); break;
223     case CODEC_ID_LJPEG:  put_marker(&s->pb, SOF3 ); break;
224     default: assert(0);
225     }
226
227     put_bits(&s->pb, 16, 17);
228     if(lossless && s->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_RGB32)
229         put_bits(&s->pb, 8, 9); /* 9 bits/component RCT */
230     else
231         put_bits(&s->pb, 8, 8); /* 8 bits/component */
232     put_bits(&s->pb, 16, s->height);
233     put_bits(&s->pb, 16, s->width);
234     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* 3 components */
235
236     /* Y component */
237     put_bits(&s->pb, 8, 1); /* component number */
238     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[0]); /* H factor */
239     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[0]); /* V factor */
240     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
241
242     /* Cb component */
243     put_bits(&s->pb, 8, 2); /* component number */
244     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[1]); /* H factor */
245     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[1]); /* V factor */
246 #ifdef TWOMATRIXES
247     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
248 #else
249     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
250 #endif
251
252     /* Cr component */
253     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* component number */
254     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_hsample[2]); /* H factor */
255     put_bits(&s->pb, 4, s->mjpeg_vsample[2]); /* V factor */
256 #ifdef TWOMATRIXES
257     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? 0 : 1); /* select matrix */
258 #else
259     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* select matrix */
260 #endif
261
262     /* scan header */
263     put_marker(&s->pb, SOS);
264     put_bits(&s->pb, 16, 12); /* length */
265     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* 3 components */
266
267     /* Y component */
268     put_bits(&s->pb, 8, 1); /* index */
269     put_bits(&s->pb, 4, 0); /* DC huffman table index */
270     put_bits(&s->pb, 4, 0); /* AC huffman table index */
271
272     /* Cb component */
273     put_bits(&s->pb, 8, 2); /* index */
274     put_bits(&s->pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
275     put_bits(&s->pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
276
277     /* Cr component */
278     put_bits(&s->pb, 8, 3); /* index */
279     put_bits(&s->pb, 4, 1); /* DC huffman table index */
280     put_bits(&s->pb, 4, lossless ? 0 : 1); /* AC huffman table index */
281
282     put_bits(&s->pb, 8, lossless ? s->avctx->prediction_method+1 : 0); /* Ss (not used) */
283
284     switch(s->avctx->codec_id){
285     case CODEC_ID_MJPEG:  put_bits(&s->pb, 8, 63); break; /* Se (not used) */
286     case CODEC_ID_LJPEG:  put_bits(&s->pb, 8,  0); break; /* not used */
287     default: assert(0);
288     }
289
290     put_bits(&s->pb, 8, 0); /* Ah/Al (not used) */
291 }
292
293 static void escape_FF(MpegEncContext *s, int start)
294 {
295     int size= put_bits_count(&s->pb) - start*8;
296     int i, ff_count;
297     uint8_t *buf= s->pb.buf + start;
298     int align= (-(size_t)(buf))&3;
299
300     assert((size&7) == 0);
301     size >>= 3;
302
303     ff_count=0;
304     for(i=0; i<size && i<align; i++){
305         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
306     }
307     for(; i<size-15; i+=16){
308         int acc, v;
309
310         v= *(uint32_t*)(&buf[i]);
311         acc= (((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
312         v= *(uint32_t*)(&buf[i+4]);
313         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
314         v= *(uint32_t*)(&buf[i+8]);
315         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
316         v= *(uint32_t*)(&buf[i+12]);
317         acc+=(((v & (v>>4))&0x0F0F0F0F)+0x01010101)&0x10101010;
318
319         acc>>=4;
320         acc+= (acc>>16);
321         acc+= (acc>>8);
322         ff_count+= acc&0xFF;
323     }
324     for(; i<size; i++){
325         if(buf[i]==0xFF) ff_count++;
326     }
327
328     if(ff_count==0) return;
329
330     /* skip put bits */
331     for(i=0; i<ff_count-3; i+=4)
332         put_bits(&s->pb, 32, 0);
333     put_bits(&s->pb, (ff_count-i)*8, 0);
334     flush_put_bits(&s->pb);
335
336     for(i=size-1; ff_count; i--){
337         int v= buf[i];
338
339         if(v==0xFF){
340 //printf("%d %d\n", i, ff_count);
341             buf[i+ff_count]= 0;
342             ff_count--;
343         }
344
345         buf[i+ff_count]= v;
346     }
347 }
348
349 void ff_mjpeg_stuffing(PutBitContext * pbc)
350 {
351     int length;
352     length= (-put_bits_count(pbc))&7;
353     if(length) put_bits(pbc, length, (1<<length)-1);
354 }
355
356 void mjpeg_picture_trailer(MpegEncContext *s)
357 {
358     ff_mjpeg_stuffing(&s->pb);
359     flush_put_bits(&s->pb);
360
361     assert((s->header_bits&7)==0);
362
363     escape_FF(s, s->header_bits>>3);
364
365     put_marker(&s->pb, EOI);
366 }
367
368 static inline void mjpeg_encode_dc(MpegEncContext *s, int val,
369                                    uint8_t *huff_size, uint16_t *huff_code)
370 {
371     int mant, nbits;
372
373     if (val == 0) {
374         put_bits(&s->pb, huff_size[0], huff_code[0]);
375     } else {
376         mant = val;
377         if (val < 0) {
378             val = -val;
379             mant--;
380         }
381
382         nbits= av_log2_16bit(val) + 1;
383
384         put_bits(&s->pb, huff_size[nbits], huff_code[nbits]);
385
386         put_bits(&s->pb, nbits, mant & ((1 << nbits) - 1));
387     }
388 }
389
390 static void encode_block(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n)
391 {
392     int mant, nbits, code, i, j;
393     int component, dc, run, last_index, val;
394     MJpegContext *m = s->mjpeg_ctx;
395     uint8_t *huff_size_ac;
396     uint16_t *huff_code_ac;
397
398     /* DC coef */
399     component = (n <= 3 ? 0 : (n&1) + 1);
400     dc = block[0]; /* overflow is impossible */
401     val = dc - s->last_dc[component];
402     if (n < 4) {
403         mjpeg_encode_dc(s, val, m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance);
404         huff_size_ac = m->huff_size_ac_luminance;
405         huff_code_ac = m->huff_code_ac_luminance;
406     } else {
407         mjpeg_encode_dc(s, val, m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
408         huff_size_ac = m->huff_size_ac_chrominance;
409         huff_code_ac = m->huff_code_ac_chrominance;
410     }
411     s->last_dc[component] = dc;
412
413     /* AC coefs */
414
415     run = 0;
416     last_index = s->block_last_index[n];
417     for(i=1;i<=last_index;i++) {
418         j = s->intra_scantable.permutated[i];
419         val = block[j];
420         if (val == 0) {
421             run++;
422         } else {
423             while (run >= 16) {
424                 put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0xf0], huff_code_ac[0xf0]);
425                 run -= 16;
426             }
427             mant = val;
428             if (val < 0) {
429                 val = -val;
430                 mant--;
431             }
432
433             nbits= av_log2(val) + 1;
434             code = (run << 4) | nbits;
435
436             put_bits(&s->pb, huff_size_ac[code], huff_code_ac[code]);
437
438             put_bits(&s->pb, nbits, mant & ((1 << nbits) - 1));
439             run = 0;
440         }
441     }
442
443     /* output EOB only if not already 64 values */
444     if (last_index < 63 || run != 0)
445         put_bits(&s->pb, huff_size_ac[0], huff_code_ac[0]);
446 }
447
448 void mjpeg_encode_mb(MpegEncContext *s,
449                      DCTELEM block[6][64])
450 {
451     int i;
452     for(i=0;i<5;i++) {
453         encode_block(s, block[i], i);
454     }
455     if (s->chroma_format == CHROMA_420) {
456         encode_block(s, block[5], 5);
457     } else {
458         encode_block(s, block[6], 6);
459         encode_block(s, block[5], 5);
460         encode_block(s, block[7], 7);
461     }
462 }
463
464 static int encode_picture_lossless(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data){
465     MpegEncContext * const s = avctx->priv_data;
466     MJpegContext * const m = s->mjpeg_ctx;
467     AVFrame *pict = data;
468     const int width= s->width;
469     const int height= s->height;
470     AVFrame * const p= (AVFrame*)&s->current_picture;
471     const int predictor= avctx->prediction_method+1;
472
473     init_put_bits(&s->pb, buf, buf_size);
474
475     *p = *pict;
476     p->pict_type= FF_I_TYPE;
477     p->key_frame= 1;
478
479     mjpeg_picture_header(s);
480
481     s->header_bits= put_bits_count(&s->pb);
482
483     if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_RGB32){
484         int x, y, i;
485         const int linesize= p->linesize[0];
486         uint16_t (*buffer)[4]= (void *) s->rd_scratchpad;
487         int left[3], top[3], topleft[3];
488
489         for(i=0; i<3; i++){
490             buffer[0][i]= 1 << (9 - 1);
491         }
492
493         for(y = 0; y < height; y++) {
494             const int modified_predictor= y ? predictor : 1;
495             uint8_t *ptr = p->data[0] + (linesize * y);
496
497             if(s->pb.buf_end - s->pb.buf - (put_bits_count(&s->pb)>>3) < width*3*4){
498                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "encoded frame too large\n");
499                 return -1;
500             }
501
502             for(i=0; i<3; i++){
503                 top[i]= left[i]= topleft[i]= buffer[0][i];
504             }
505             for(x = 0; x < width; x++) {
506                 buffer[x][1] = ptr[4*x+0] - ptr[4*x+1] + 0x100;
507                 buffer[x][2] = ptr[4*x+2] - ptr[4*x+1] + 0x100;
508                 buffer[x][0] = (ptr[4*x+0] + 2*ptr[4*x+1] + ptr[4*x+2])>>2;
509
510                 for(i=0;i<3;i++) {
511                     int pred, diff;
512
513                     PREDICT(pred, topleft[i], top[i], left[i], modified_predictor);
514
515                     topleft[i]= top[i];
516                     top[i]= buffer[x+1][i];
517
518                     left[i]= buffer[x][i];
519
520                     diff= ((left[i] - pred + 0x100)&0x1FF) - 0x100;
521
522                     if(i==0)
523                         mjpeg_encode_dc(s, diff, m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance); //FIXME ugly
524                     else
525                         mjpeg_encode_dc(s, diff, m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
526                 }
527             }
528         }
529     }else{
530         int mb_x, mb_y, i;
531         const int mb_width  = (width  + s->mjpeg_hsample[0] - 1) / s->mjpeg_hsample[0];
532         const int mb_height = (height + s->mjpeg_vsample[0] - 1) / s->mjpeg_vsample[0];
533
534         for(mb_y = 0; mb_y < mb_height; mb_y++) {
535             if(s->pb.buf_end - s->pb.buf - (put_bits_count(&s->pb)>>3) < mb_width * 4 * 3 * s->mjpeg_hsample[0] * s->mjpeg_vsample[0]){
536                 av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "encoded frame too large\n");
537                 return -1;
538             }
539             for(mb_x = 0; mb_x < mb_width; mb_x++) {
540                 if(mb_x==0 || mb_y==0){
541                     for(i=0;i<3;i++) {
542                         uint8_t *ptr;
543                         int x, y, h, v, linesize;
544                         h = s->mjpeg_hsample[i];
545                         v = s->mjpeg_vsample[i];
546                         linesize= p->linesize[i];
547
548                         for(y=0; y<v; y++){
549                             for(x=0; x<h; x++){
550                                 int pred;
551
552                                 ptr = p->data[i] + (linesize * (v * mb_y + y)) + (h * mb_x + x); //FIXME optimize this crap
553                                 if(y==0 && mb_y==0){
554                                     if(x==0 && mb_x==0){
555                                         pred= 128;
556                                     }else{
557                                         pred= ptr[-1];
558                                     }
559                                 }else{
560                                     if(x==0 && mb_x==0){
561                                         pred= ptr[-linesize];
562                                     }else{
563                                         PREDICT(pred, ptr[-linesize-1], ptr[-linesize], ptr[-1], predictor);
564                                     }
565                                 }
566
567                                 if(i==0)
568                                     mjpeg_encode_dc(s, (int8_t)(*ptr - pred), m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance); //FIXME ugly
569                                 else
570                                     mjpeg_encode_dc(s, (int8_t)(*ptr - pred), m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
571                             }
572                         }
573                     }
574                 }else{
575                     for(i=0;i<3;i++) {
576                         uint8_t *ptr;
577                         int x, y, h, v, linesize;
578                         h = s->mjpeg_hsample[i];
579                         v = s->mjpeg_vsample[i];
580                         linesize= p->linesize[i];
581
582                         for(y=0; y<v; y++){
583                             for(x=0; x<h; x++){
584                                 int pred;
585
586                                 ptr = p->data[i] + (linesize * (v * mb_y + y)) + (h * mb_x + x); //FIXME optimize this crap
587 //printf("%d %d %d %d %8X\n", mb_x, mb_y, x, y, ptr);
588                                 PREDICT(pred, ptr[-linesize-1], ptr[-linesize], ptr[-1], predictor);
589
590                                 if(i==0)
591                                     mjpeg_encode_dc(s, (int8_t)(*ptr - pred), m->huff_size_dc_luminance, m->huff_code_dc_luminance); //FIXME ugly
592                                 else
593                                     mjpeg_encode_dc(s, (int8_t)(*ptr - pred), m->huff_size_dc_chrominance, m->huff_code_dc_chrominance);
594                             }
595                         }
596                     }
597                 }
598             }
599         }
600     }
601
602     emms_c();
603
604     mjpeg_picture_trailer(s);
605     s->picture_number++;
606
607     flush_put_bits(&s->pb);
608     return pbBufPtr(&s->pb) - s->pb.buf;
609 //    return (put_bits_count(&f->pb)+7)/8;
610 }
611
612
613 AVCodec ljpeg_encoder = { //FIXME avoid MPV_* lossless jpeg shouldnt need them
614     "ljpeg",
615     CODEC_TYPE_VIDEO,
616     CODEC_ID_LJPEG,
617     sizeof(MpegEncContext),
618     MPV_encode_init,
619     encode_picture_lossless,
620     MPV_encode_end,
621 };