git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/jpeglsenc.c

   1 /*
   2  * JPEG-LS encoder
   3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer
   4  * Copyright (c) 2006 Konstantin Shishkov
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * JPEG-LS encoder.
  26  */
  27
  28 #include "avcodec.h"
  29 #include "bytestream.h"
  30 #include "get_bits.h"
  31 #include "put_bits.h"
  32 #include "golomb.h"
  33 #include "internal.h"
  34 #include "mathops.h"
  35 #include "mjpeg.h"
  36 #include "mjpegenc.h"
  37 #include "jpegls.h"
  38
  39 typedef struct JPEGLSContext {
  40     AVClass *class;
  41
  42     int pred;
  43 } JPEGLSContext;
  44
  45 static inline void put_marker_byteu(PutByteContext *pb, enum JpegMarker code)
  46 {
  47     bytestream2_put_byteu(pb, 0xff);
  48     bytestream2_put_byteu(pb, code);
  49 }
  50
  51 static inline void put_marker_byte(PutByteContext *pb, enum JpegMarker code)
  52 {
  53     bytestream2_put_byte(pb, 0xff);
  54     bytestream2_put_byte(pb, code);
  55 }
  56
  57 /**
  58  * Encode error from regular symbol
  59  */
  60 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q,
  61                                      int err)
  62 {
  63     int k;
  64     int val;
  65     int map;
  66
  67     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++)
  68         ;
  69
  70     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
  71
  72     if (err < 0)
  73         err += state->range;
  74     if (err >= (state->range + 1 >> 1)) {
  75         err -= state->range;
  76         val  = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
  77     } else
  78         val = 2 * err + map;
  79
  80     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
  81
  82     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
  83 }
  84
  85 /**
  86  * Encode error from run termination
  87  */
  88 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb,
  89                                      int RItype, int err, int limit_add)
  90 {
  91     int k;
  92     int val, map;
  93     int Q = 365 + RItype;
  94     int temp;
  95
  96     temp = state->A[Q];
  97     if (RItype)
  98         temp += state->N[Q] >> 1;
  99     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++)
 100         ;
 101     map = 0;
 102     if (!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
 103         map = 1;
 104
 105     if (err < 0)
 106         val = -(2 * err) - 1 - RItype + map;
 107     else
 108         val = 2 * err - RItype - map;
 109     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
 110
 111     if (err < 0)
 112         state->B[Q]++;
 113     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
 114
 115     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
 116 }
 117
 118 /**
 119  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
 120  */
 121 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run,
 122                                  int comp, int trail)
 123 {
 124     while (run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])) {
 125         put_bits(pb, 1, 1);
 126         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
 127         if (state->run_index[comp] < 31)
 128             state->run_index[comp]++;
 129     }
 130     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
 131     if (!trail && run) {
 132         put_bits(pb, 1, 1);
 133     } else if (trail) {
 134         put_bits(pb, 1, 0);
 135         if (ff_log2_run[state->run_index[comp]])
 136             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
 137     }
 138 }
 139
 140 /**
 141  * Encode one line of image
 142  */
 143 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb,
 144                                   void *last, void *cur, int last2, int w,
 145                                   int stride, int comp, int bits)
 146 {
 147     int x = 0;
 148     int Ra, Rb, Rc, Rd;
 149     int D0, D1, D2;
 150
 151     while (x < w) {
 152         int err, pred, sign;
 153
 154         /* compute gradients */
 155         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
 156         Rb = R(last, x);
 157         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
 158         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
 159         D0 = Rd - Rb;
 160         D1 = Rb - Rc;
 161         D2 = Rc - Ra;
 162
 163         /* run mode */
 164         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
 165             (FFABS(D1) <= state->near) &&
 166             (FFABS(D2) <= state->near)) {
 167             int RUNval, RItype, run;
 168
 169             run    = 0;
 170             RUNval = Ra;
 171             while (x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)) {
 172                 run++;
 173                 W(cur, x, Ra);
 174                 x += stride;
 175             }
 176             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
 177             if (x >= w)
 178                 return;
 179             Rb     = R(last, x);
 180             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
 181             pred   = RItype ? Ra : Rb;
 182             err    = R(cur, x) - pred;
 183
 184             if (!RItype && Ra > Rb)
 185                 err = -err;
 186
 187             if (state->near) {
 188                 if (err > 0)
 189                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 190                 else
 191                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 192
 193                 if (RItype || (Rb >= Ra))
 194                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 195                 else
 196                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 197                 W(cur, x, Ra);
 198             }
 199             if (err < 0)
 200                 err += state->range;
 201             if (err >= state->range + 1 >> 1)
 202                 err -= state->range;
 203
 204             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err,
 205                               ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
 206
 207             if (state->run_index[comp] > 0)
 208                 state->run_index[comp]--;
 209         } else { /* regular mode */
 210             int context;
 211
 212             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 +
 213                       ff_jpegls_quantize(state, D1) *  9 +
 214                       ff_jpegls_quantize(state, D2);
 215             pred    = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
 216
 217             if (context < 0) {
 218                 context = -context;
 219                 sign    = 1;
 220                 pred    = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
 221                 err     = pred - R(cur, x);
 222             } else {
 223                 sign = 0;
 224                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
 225                 err  = R(cur, x) - pred;
 226             }
 227
 228             if (state->near) {
 229                 if (err > 0)
 230                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 231                 else
 232                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 233                 if (!sign)
 234                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 235                 else
 236                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 237                 W(cur, x, Ra);
 238             }
 239
 240             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
 241         }
 242         x += stride;
 243     }
 244 }
 245
 246 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutByteContext *pb)
 247 {
 248     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
 249     JLSState state2 = { 0 };
 250     state2.bpp  = state->bpp;
 251     state2.near = state->near;
 252     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 253     if (state->T1 == state2.T1 &&
 254         state->T2 == state2.T2 &&
 255         state->T3 == state2.T3 &&
 256         state->reset == state2.reset)
 257         return;
 258     /* store LSE type 1 */
 259     put_marker_byteu(pb, LSE);
 260     bytestream2_put_be16u(pb, 13);
 261     bytestream2_put_byteu(pb, 1);
 262     bytestream2_put_be16u(pb, state->maxval);
 263     bytestream2_put_be16u(pb, state->T1);
 264     bytestream2_put_be16u(pb, state->T2);
 265     bytestream2_put_be16u(pb, state->T3);
 266     bytestream2_put_be16u(pb, state->reset);
 267 }
 268
 269 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 270                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 271 {
 272     JPEGLSContext *ctx = avctx->priv_data;
 273     const AVFrame *const p = pict;
 274     PutByteContext pb;
 275     PutBitContext pb2;
 276     GetBitContext gb;
 277     uint8_t *buf2 = NULL;
 278     uint8_t *zero = NULL;
 279     uint8_t *cur  = NULL;
 280     uint8_t *last = NULL;
 281     JLSState *state = NULL;
 282     int i, size, ret;
 283     int comps;
 284
 285 #if FF_API_PRIVATE_OPT
 286 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 287     if (avctx->prediction_method)
 288         ctx->pred = avctx->prediction_method;
 289 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 290 #endif
 291
 292     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
 293         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
 294         comps = 1;
 295     else
 296         comps = 3;
 297
 298     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width  *avctx->height * comps * 4 +
 299                                 AV_INPUT_BUFFER_MIN_SIZE, 0)) < 0)
 300         return ret;
 301
 302     buf2 = av_malloc(pkt->size);
 303     if (!buf2)
 304         goto memfail;
 305
 306     bytestream2_init_writer(&pb, pkt->data, pkt->size);
 307     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
 308
 309     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 310     put_marker_byteu(&pb, SOI);
 311     put_marker_byteu(&pb, SOF48);
 312     bytestream2_put_be16u(&pb, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 313     bytestream2_put_byteu(&pb, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
 314     bytestream2_put_be16u(&pb, avctx->height);
 315     bytestream2_put_be16u(&pb, avctx->width);
 316     bytestream2_put_byteu(&pb, comps);          // components
 317     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 318         bytestream2_put_byteu(&pb, i);     // component ID
 319         bytestream2_put_byteu(&pb, 0x11);  // subsampling: none
 320         bytestream2_put_byteu(&pb, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
 321     }
 322
 323     put_marker_byteu(&pb, SOS);
 324     bytestream2_put_be16u(&pb, 6 + comps * 2);
 325     bytestream2_put_byteu(&pb, comps);
 326     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 327         bytestream2_put_byteu(&pb, i);   // component ID
 328         bytestream2_put_byteu(&pb, 0);   // mapping index: none
 329     }
 330     bytestream2_put_byteu(&pb, ctx->pred);
 331     bytestream2_put_byteu(&pb, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 332     bytestream2_put_byteu(&pb, 0);  // point transform: none
 333
 334     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
 335     if (!state)
 336         goto memfail;
 337
 338     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 339     state->near = ctx->pred;
 340     state->bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 341     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
 342     ff_jpegls_init_state(state);
 343
 344     ls_store_lse(state, &pb);
 345
 346     zero = last = av_mallocz(FFABS(p->linesize[0]));
 347     if (!zero)
 348         goto memfail;
 349
 350     cur  = p->data[0];
 351     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8) {
 352         int t = 0;
 353
 354         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 355             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 8);
 356             t    = last[0];
 357             last = cur;
 358             cur += p->linesize[0];
 359         }
 360     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) {
 361         int t = 0;
 362
 363         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 364             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 365             t    = *((uint16_t *)last);
 366             last = cur;
 367             cur += p->linesize[0];
 368         }
 369     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24) {
 370         int j, width;
 371         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 372
 373         width = avctx->width * 3;
 374         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 375             for (j = 0; j < 3; j++) {
 376                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 377                                width, 3, j, 8);
 378                 Rc[j] = last[j];
 379             }
 380             last = cur;
 381             cur += p->linesize[0];
 382         }
 383     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24) {
 384         int j, width;
 385         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 386
 387         width = avctx->width * 3;
 388         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 389             for (j = 2; j >= 0; j--) {
 390                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 391                                width, 3, j, 8);
 392                 Rc[j] = last[j];
 393             }
 394             last = cur;
 395             cur += p->linesize[0];
 396         }
 397     }
 398
 399     av_freep(&zero);
 400     av_freep(&state);
 401
 402     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
 403      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero bits
 404      * to avoid special-casing. */
 405     put_bits(&pb2, 7, 0);
 406     size = put_bits_count(&pb2);
 407     flush_put_bits(&pb2);
 408     /* do escape coding */
 409     init_get_bits(&gb, buf2, size);
 410     size -= 7;
 411     while (get_bits_count(&gb) < size) {
 412         int v;
 413         v = get_bits(&gb, 8);
 414         bytestream2_put_byte(&pb, v);
 415         if (v == 0xFF) {
 416             v = get_bits(&gb, 7);
 417             bytestream2_put_byte(&pb, v);
 418         }
 419     }
 420     av_freep(&buf2);
 421
 422     /* End of image */
 423     put_marker_byte(&pb, EOI);
 424
 425     emms_c();
 426
 427     pkt->size   = bytestream2_tell_p(&pb);
 428     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 429     *got_packet = 1;
 430     return 0;
 431
 432 memfail:
 433     av_freep(&buf2);
 434     av_freep(&state);
 435     av_freep(&zero);
 436     return AVERROR(ENOMEM);
 437 }
 438
 439 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx)
 440 {
 441 #if FF_API_CODED_FRAME
 442 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 443     ctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 444     ctx->coded_frame->key_frame = 1;
 445 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 446 #endif
 447
 448     if (ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8  &&
 449         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 &&
 450         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24  &&
 451         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24) {
 452         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 453                "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
 454         return -1;
 455     }
 456     return 0;
 457 }
 458
 459 #define OFFSET(x) offsetof(JPEGLSContext, x)
 460 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 461 static const AVOption options[] = {
 462 { "pred", "Prediction method", OFFSET(pred), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, 2, VE, "pred" },
 463     { "left",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 464     { "plane",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 1 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 465     { "median", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 2 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 466
 467     { NULL},
 468 };
 469
 470 static const AVClass jpegls_class = {
 471     .class_name = "jpegls",
 472     .item_name  = av_default_item_name,
 473     .option     = options,
 474     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 475 };
 476
 477 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
 478     .name           = "jpegls",
 479     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 480     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 481     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
 482     .priv_data_size = sizeof(JPEGLSContext),
 483     .priv_class     = &jpegls_class,
 484     .init           = encode_init_ls,
 485     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_FRAME_THREADS,
 486     .encode2        = encode_picture_ls,
 487     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 488         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
 489         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 490         AV_PIX_FMT_NONE
 491     },
 492     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE |
 493                       FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
 494 };