git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/j2kenc.c

   1 /*
   2  * JPEG2000 image encoder
   3  * Copyright (c) 2007 Kamil Nowosad
   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
  22 /**
  23  * JPEG2000 image encoder
  24  * @file
  25  * @author Kamil Nowosad
  26  */
  27
  28 #include <float.h>
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "bytestream.h"
  32 #include "j2k.h"
  33 #include "libavutil/common.h"
  34
  35 #define NMSEDEC_BITS 7
  36 #define NMSEDEC_FRACBITS (NMSEDEC_BITS-1)
  37 #define WMSEDEC_SHIFT 13 ///< must be >= 13
  38 #define LAMBDA_SCALE (100000000LL << (WMSEDEC_SHIFT - 13))
  39
  40 static int lut_nmsedec_ref [1<<NMSEDEC_BITS],
  41            lut_nmsedec_ref0[1<<NMSEDEC_BITS],
  42            lut_nmsedec_sig [1<<NMSEDEC_BITS],
  43            lut_nmsedec_sig0[1<<NMSEDEC_BITS];
  44
  45 static const int dwt_norms[2][4][10] = { // [dwt_type][band][rlevel] (multiplied by 10000)
  46     {{10000, 19650, 41770,  84030, 169000, 338400,  676900, 1353000, 2706000, 5409000},
  47      {20220, 39890, 83550, 170400, 342700, 686300, 1373000, 2746000, 5490000},
  48      {20220, 39890, 83550, 170400, 342700, 686300, 1373000, 2746000, 5490000},
  49      {20800, 38650, 83070, 171800, 347100, 695900, 1393000, 2786000, 5572000}},
  50
  51     {{10000, 15000, 27500, 53750, 106800, 213400, 426700, 853300, 1707000, 3413000},
  52      {10380, 15920, 29190, 57030, 113300, 226400, 452500, 904800, 1809000},
  53      {10380, 15920, 29190, 57030, 113300, 226400, 452500, 904800, 1809000},
  54      { 7186,  9218, 15860, 30430,  60190, 120100, 240000, 479700,  959300}}
  55 };
  56
  57 typedef struct {
  58    J2kComponent *comp;
  59 } J2kTile;
  60
  61 typedef struct {
  62     AVCodecContext *avctx;
  63     AVFrame picture;
  64
  65     int width, height; ///< image width and height
  66     uint8_t cbps[4]; ///< bits per sample in particular components
  67     int chroma_shift[2];
  68     uint8_t planar;
  69     int ncomponents;
  70     int tile_width, tile_height; ///< tile size
  71     int numXtiles, numYtiles;
  72
  73     uint8_t *buf_start;
  74     uint8_t *buf;
  75     uint8_t *buf_end;
  76     int bit_index;
  77
  78     int64_t lambda;
  79
  80     J2kCodingStyle codsty;
  81     J2kQuantStyle  qntsty;
  82
  83     J2kTile *tile;
  84 } J2kEncoderContext;
  85
  86
  87 /* debug */
  88 #if 0
  89 #undef ifprintf
  90 #undef printf
  91
  92 static void nspaces(FILE *fd, int n)
  93 {
  94     while(n--) putc(' ', fd);
  95 }
  96
  97 static void printv(int *tab, int l)
  98 {
  99     int i;
 100     for (i = 0; i < l; i++)
 101         printf("%.3d ", tab[i]);
 102     printf("\n");
 103 }
 104
 105 static void printu(uint8_t *tab, int l)
 106 {
 107     int i;
 108     for (i = 0; i < l; i++)
 109         printf("%.3hd ", tab[i]);
 110     printf("\n");
 111 }
 112
 113 static void printcomp(J2kComponent *comp)
 114 {
 115     int i;
 116     for (i = 0; i < comp->y1 - comp->y0; i++)
 117         printv(comp->data + i * (comp->x1 - comp->x0), comp->x1 - comp->x0);
 118 }
 119
 120 static void dump(J2kEncoderContext *s, FILE *fd)
 121 {
 122     int tileno, compno, reslevelno, bandno, precno;
 123     fprintf(fd, "XSiz = %d, YSiz = %d, tile_width = %d, tile_height = %d\n"
 124                 "numXtiles = %d, numYtiles = %d, ncomponents = %d\n"
 125                 "tiles:\n",
 126             s->width, s->height, s->tile_width, s->tile_height,
 127             s->numXtiles, s->numYtiles, s->ncomponents);
 128     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 129         J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 130         nspaces(fd, 2);
 131         fprintf(fd, "tile %d:\n", tileno);
 132         for(compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 133             J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 134             nspaces(fd, 4);
 135             fprintf(fd, "component %d:\n", compno);
 136             nspaces(fd, 4);
 137             fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d\n",
 138                         comp->x0, comp->x1, comp->y0, comp->y1);
 139             for(reslevelno = 0; reslevelno < s->nreslevels; reslevelno++){
 140                 J2kResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
 141                 nspaces(fd, 6);
 142                 fprintf(fd, "reslevel %d:\n", reslevelno);
 143                 nspaces(fd, 6);
 144                 fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d, nbands = %d\n",
 145                         reslevel->x0, reslevel->x1, reslevel->y0,
 146                         reslevel->y1, reslevel->nbands);
 147                 for(bandno = 0; bandno < reslevel->nbands; bandno++){
 148                     J2kBand *band = reslevel->band + bandno;
 149                     nspaces(fd, 8);
 150                     fprintf(fd, "band %d:\n", bandno);
 151                     nspaces(fd, 8);
 152                     fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d,"
 153                                 "codeblock_width = %d, codeblock_height = %d cblknx = %d cblkny = %d\n",
 154                                 band->x0, band->x1,
 155                                 band->y0, band->y1,
 156                                 band->codeblock_width, band->codeblock_height,
 157                                 band->cblknx, band->cblkny);
 158                     for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
 159                         J2kPrec *prec = band->prec + precno;
 160                         nspaces(fd, 10);
 161                         fprintf(fd, "prec %d:\n", precno);
 162                         nspaces(fd, 10);
 163                         fprintf(fd, "xi0 = %d, xi1 = %d, yi0 = %d, yi1 = %d\n",
 164                                      prec->xi0, prec->xi1, prec->yi0, prec->yi1);
 165                     }
 166                 }
 167             }
 168         }
 169     }
 170 }
 171 #endif
 172
 173 /* bitstream routines */
 174
 175 /** put n times val bit */
 176 static void put_bits(J2kEncoderContext *s, int val, int n) // TODO: optimize
 177 {
 178     while (n-- > 0){
 179         if (s->bit_index == 8)
 180         {
 181             s->bit_index = *s->buf == 0xff;
 182             *(++s->buf) = 0;
 183         }
 184         *s->buf |= val << (7 - s->bit_index++);
 185     }
 186 }
 187
 188 /** put n least significant bits of a number num */
 189 static void put_num(J2kEncoderContext *s, int num, int n)
 190 {
 191     while(--n >= 0)
 192         put_bits(s, (num >> n) & 1, 1);
 193 }
 194
 195 /** flush the bitstream */
 196 static void j2k_flush(J2kEncoderContext *s)
 197 {
 198     if (s->bit_index){
 199         s->bit_index = 0;
 200         s->buf++;
 201     }
 202 }
 203
 204 /* tag tree routines */
 205
 206 /** code the value stored in node */
 207 static void tag_tree_code(J2kEncoderContext *s, J2kTgtNode *node, int threshold)
 208 {
 209     J2kTgtNode *stack[30];
 210     int sp = 1, curval = 0;
 211     stack[0] = node;
 212
 213     node = node->parent;
 214     while(node){
 215         if (node->vis){
 216             curval = node->val;
 217             break;
 218         }
 219         node->vis++;
 220         stack[sp++] = node;
 221         node = node->parent;
 222     }
 223     while(--sp >= 0){
 224         if (stack[sp]->val >= threshold){
 225             put_bits(s, 0, threshold - curval);
 226             break;
 227         }
 228         put_bits(s, 0, stack[sp]->val - curval);
 229         put_bits(s, 1, 1);
 230         curval = stack[sp]->val;
 231     }
 232 }
 233
 234 /** update the value in node */
 235 static void tag_tree_update(J2kTgtNode *node)
 236 {
 237     int lev = 0;
 238     while (node->parent){
 239         if (node->parent->val <= node->val)
 240             break;
 241         node->parent->val = node->val;
 242         node = node->parent;
 243         lev++;
 244     }
 245 }
 246
 247 static int put_siz(J2kEncoderContext *s)
 248 {
 249     int i;
 250
 251     if (s->buf_end - s->buf < 40 + 3 * s->ncomponents)
 252         return -1;
 253
 254     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SIZ);
 255     bytestream_put_be16(&s->buf, 38 + 3 * s->ncomponents); // Lsiz
 256     bytestream_put_be16(&s->buf, 0); // Rsiz
 257     bytestream_put_be32(&s->buf, s->width); // width
 258     bytestream_put_be32(&s->buf, s->height); // height
 259     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // X0Siz
 260     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // Y0Siz
 261
 262     bytestream_put_be32(&s->buf, s->tile_width); // XTSiz
 263     bytestream_put_be32(&s->buf, s->tile_height); // YTSiz
 264     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // XT0Siz
 265     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // YT0Siz
 266     bytestream_put_be16(&s->buf, s->ncomponents); // CSiz
 267
 268     for (i = 0; i < s->ncomponents; i++){ // Ssiz_i XRsiz_i, YRsiz_i
 269         bytestream_put_byte(&s->buf, 7);
 270         bytestream_put_byte(&s->buf, i?1<<s->chroma_shift[0]:1);
 271         bytestream_put_byte(&s->buf, i?1<<s->chroma_shift[1]:1);
 272     }
 273     return 0;
 274 }
 275
 276 static int put_cod(J2kEncoderContext *s)
 277 {
 278     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 279
 280     if (s->buf_end - s->buf < 14)
 281         return -1;
 282
 283     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_COD);
 284     bytestream_put_be16(&s->buf, 12); // Lcod
 285     bytestream_put_byte(&s->buf, 0);  // Scod
 286     // SGcod
 287     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // progression level
 288     bytestream_put_be16(&s->buf, 1); // num of layers
 289     if(s->avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P){
 290         bytestream_put_byte(&s->buf, 2); // ICT
 291     }else{
 292         bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // unspecified
 293     }
 294     // SPcod
 295     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->nreslevels - 1); // num of decomp. levels
 296     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->log2_cblk_width-2); // cblk width
 297     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->log2_cblk_height-2); // cblk height
 298     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // cblk style
 299     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->transform); // transformation
 300     return 0;
 301 }
 302
 303 static int put_qcd(J2kEncoderContext *s, int compno)
 304 {
 305     int i, size;
 306     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 307     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 308
 309     if (qntsty->quantsty == J2K_QSTY_NONE)
 310         size = 4 + 3 * (codsty->nreslevels-1);
 311     else // QSTY_SE
 312         size = 5 + 6 * (codsty->nreslevels-1);
 313
 314     if (s->buf_end - s->buf < size + 2)
 315         return -1;
 316
 317     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_QCD);
 318     bytestream_put_be16(&s->buf, size);  // LQcd
 319     bytestream_put_byte(&s->buf, (qntsty->nguardbits << 5) | qntsty->quantsty);  // Sqcd
 320     if (qntsty->quantsty == J2K_QSTY_NONE)
 321         for (i = 0; i < codsty->nreslevels * 3 - 2; i++)
 322             bytestream_put_byte(&s->buf, qntsty->expn[i] << 3);
 323     else // QSTY_SE
 324         for (i = 0; i < codsty->nreslevels * 3 - 2; i++)
 325             bytestream_put_be16(&s->buf, (qntsty->expn[i] << 11) | qntsty->mant[i]);
 326     return 0;
 327 }
 328
 329 static uint8_t *put_sot(J2kEncoderContext *s, int tileno)
 330 {
 331     uint8_t *psotptr;
 332
 333     if (s->buf_end - s->buf < 12)
 334         return NULL;
 335
 336     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SOT);
 337     bytestream_put_be16(&s->buf, 10); // Lsot
 338     bytestream_put_be16(&s->buf, tileno); // Isot
 339
 340     psotptr = s->buf;
 341     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // Psot (filled in later)
 342
 343     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // TPsot
 344     bytestream_put_byte(&s->buf, 1); // TNsot
 345     return psotptr;
 346 }
 347
 348 /**
 349  * compute the sizes of tiles, resolution levels, bands, etc.
 350  * allocate memory for them
 351  * divide the input image into tile-components
 352  */
 353 static int init_tiles(J2kEncoderContext *s)
 354 {
 355     int tileno, tilex, tiley, compno;
 356     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 357     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 358
 359     s->numXtiles = ff_j2k_ceildiv(s->width, s->tile_width);
 360     s->numYtiles = ff_j2k_ceildiv(s->height, s->tile_height);
 361
 362     s->tile = av_malloc(s->numXtiles * s->numYtiles * sizeof(J2kTile));
 363     if (!s->tile)
 364         return AVERROR(ENOMEM);
 365     for (tileno = 0, tiley = 0; tiley < s->numYtiles; tiley++)
 366         for (tilex = 0; tilex < s->numXtiles; tilex++, tileno++){
 367             J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 368
 369             tile->comp = av_malloc(s->ncomponents * sizeof(J2kComponent));
 370             if (!tile->comp)
 371                 return AVERROR(ENOMEM);
 372             for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 373                 J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 374                 int ret, i, j;
 375
 376                 comp->coord[0][0] = tilex * s->tile_width;
 377                 comp->coord[0][1] = FFMIN((tilex+1)*s->tile_width, s->width);
 378                 comp->coord[1][0] = tiley * s->tile_height;
 379                 comp->coord[1][1] = FFMIN((tiley+1)*s->tile_height, s->height);
 380                 if (compno > 0)
 381                     for (i = 0; i < 2; i++)
 382                         for (j = 0; j < 2; j++)
 383                             comp->coord[i][j] = ff_j2k_ceildivpow2(comp->coord[i][j], s->chroma_shift[i]);
 384
 385                 if (ret = ff_j2k_init_component(comp, codsty, qntsty, s->cbps[compno], compno?1<<s->chroma_shift[0]:1, compno?1<<s->chroma_shift[1]:1))
 386                     return ret;
 387             }
 388         }
 389     return 0;
 390 }
 391
 392 static void copy_frame(J2kEncoderContext *s)
 393 {
 394     int tileno, compno, i, y, x;
 395     uint8_t *line;
 396     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 397         J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 398         if (s->planar){
 399             for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 400                 J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 401                 int *dst = comp->data;
 402                 line = s->picture.data[compno]
 403                        + comp->coord[1][0] * s->picture.linesize[compno]
 404                        + comp->coord[0][0];
 405                 for (y = comp->coord[1][0]; y < comp->coord[1][1]; y++){
 406                     uint8_t *ptr = line;
 407                     for (x = comp->coord[0][0]; x < comp->coord[0][1]; x++)
 408                         *dst++ = *ptr++ - (1 << 7);
 409                     line += s->picture.linesize[compno];
 410                 }
 411             }
 412         } else{
 413             line = s->picture.data[0] + tile->comp[0].coord[1][0] * s->picture.linesize[0]
 414                    + tile->comp[0].coord[0][0] * s->ncomponents;
 415
 416             i = 0;
 417             for (y = tile->comp[0].coord[1][0]; y < tile->comp[0].coord[1][1]; y++){
 418                 uint8_t *ptr = line;
 419                 for (x = tile->comp[0].coord[0][0]; x < tile->comp[0].coord[0][1]; x++, i++){
 420                     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 421                         tile->comp[compno].data[i] = *ptr++  - (1 << 7);
 422                     }
 423                 }
 424                 line += s->picture.linesize[0];
 425             }
 426         }
 427     }
 428 }
 429
 430 static void init_quantization(J2kEncoderContext *s)
 431 {
 432     int compno, reslevelno, bandno;
 433     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 434     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 435
 436     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 437         int gbandno = 0;
 438         for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
 439             int nbands, lev = codsty->nreslevels - reslevelno - 1;
 440             nbands = reslevelno ? 3 : 1;
 441             for (bandno = 0; bandno < nbands; bandno++, gbandno++){
 442                 int expn, mant;
 443
 444                 if (codsty->transform == FF_DWT97){
 445                     int bandpos = bandno + (reslevelno>0),
 446                         ss = 81920000 / dwt_norms[0][bandpos][lev],
 447                         log = av_log2(ss);
 448                     mant = (11 - log < 0 ? ss >> log - 11 : ss << 11 - log) & 0x7ff;
 449                     expn = s->cbps[compno] - log + 13;
 450                 } else
 451                     expn = ((bandno&2)>>1) + (reslevelno>0) + s->cbps[compno];
 452
 453                 qntsty->expn[gbandno] = expn;
 454                 qntsty->mant[gbandno] = mant;
 455             }
 456         }
 457     }
 458 }
 459
 460 static void init_luts(void)
 461 {
 462     int i, a,
 463         mask = ~((1<<NMSEDEC_FRACBITS)-1);
 464
 465     for (i = 0; i < (1 << NMSEDEC_BITS); i++){
 466         lut_nmsedec_sig[i]  = FFMAX(6*i - (9<<NMSEDEC_FRACBITS-1) << 12-NMSEDEC_FRACBITS, 0);
 467         lut_nmsedec_sig0[i] = FFMAX((i*i + (1<<NMSEDEC_FRACBITS-1) & mask) << 1, 0);
 468
 469         a = (i >> (NMSEDEC_BITS-2)&2) + 1;
 470         lut_nmsedec_ref[i]  = FFMAX((-2*i + (1<<NMSEDEC_FRACBITS) + a*i - (a*a<<NMSEDEC_FRACBITS-2))
 471                                     << 13-NMSEDEC_FRACBITS, 0);
 472         lut_nmsedec_ref0[i] = FFMAX(((i*i + (1-4*i << NMSEDEC_FRACBITS-1) + (1<<2*NMSEDEC_FRACBITS)) & mask)
 473                                     << 1, 0);
 474     }
 475 }
 476
 477 /* tier-1 routines */
 478 static int getnmsedec_sig(int x, int bpno)
 479 {
 480     if (bpno > NMSEDEC_FRACBITS)
 481         return lut_nmsedec_sig[(x >> (bpno - NMSEDEC_FRACBITS)) & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 482     return lut_nmsedec_sig0[x & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 483 }
 484
 485 static int getnmsedec_ref(int x, int bpno)
 486 {
 487     if (bpno > NMSEDEC_FRACBITS)
 488         return lut_nmsedec_ref[(x >> (bpno - NMSEDEC_FRACBITS)) & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 489     return lut_nmsedec_ref0[x & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 490 }
 491
 492 static void encode_sigpass(J2kT1Context *t1, int width, int height, int bandno, int *nmsedec, int bpno)
 493 {
 494     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 495     int vert_causal_ctx_csty_loc_symbol;
 496     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
 497         for (x = 0; x < width; x++)
 498             for (y = y0; y < height && y < y0+4; y++){
 499                 if (!(t1->flags[y+1][x+1] & J2K_T1_SIG) && (t1->flags[y+1][x+1] & J2K_T1_SIG_NB)){
 500                     int ctxno = ff_j2k_getnbctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno, vert_causal_ctx_csty_loc_symbol),
 501                         bit = t1->data[y][x] & mask ? 1 : 0;
 502                     ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, bit);
 503                     if (bit){
 504                         int xorbit;
 505                         int ctxno = ff_j2k_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
 506                         ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
 507                         *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 508                         ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
 509                     }
 510                     t1->flags[y+1][x+1] |= J2K_T1_VIS;
 511                 }
 512             }
 513 }
 514
 515 static void encode_refpass(J2kT1Context *t1, int width, int height, int *nmsedec, int bpno)
 516 {
 517     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 518     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
 519         for (x = 0; x < width; x++)
 520             for (y = y0; y < height && y < y0+4; y++)
 521                 if ((t1->flags[y+1][x+1] & (J2K_T1_SIG | J2K_T1_VIS)) == J2K_T1_SIG){
 522                     int ctxno = ff_j2k_getrefctxno(t1->flags[y+1][x+1]);
 523                     *nmsedec += getnmsedec_ref(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 524                     ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
 525                     t1->flags[y+1][x+1] |= J2K_T1_REF;
 526                 }
 527 }
 528
 529 static void encode_clnpass(J2kT1Context *t1, int width, int height, int bandno, int *nmsedec, int bpno)
 530 {
 531     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 532     int vert_causal_ctx_csty_loc_symbol;
 533     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
 534         for (x = 0; x < width; x++){
 535             if (y0 + 3 < height && !(
 536             (t1->flags[y0+1][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG)) ||
 537             (t1->flags[y0+2][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG)) ||
 538             (t1->flags[y0+3][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG)) ||
 539             (t1->flags[y0+4][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG))))
 540             {
 541                 // aggregation mode
 542                 int rlen;
 543                 for (rlen = 0; rlen < 4; rlen++)
 544                     if (t1->data[y0+rlen][x] & mask)
 545                         break;
 546                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_RL, rlen != 4);
 547                 if (rlen == 4)
 548                     continue;
 549                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_UNI, rlen >> 1);
 550                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_UNI, rlen & 1);
 551                 for (y = y0 + rlen; y < y0 + 4; y++){
 552                     if (!(t1->flags[y+1][x+1] & (J2K_T1_SIG | J2K_T1_VIS))){
 553                         int ctxno = ff_j2k_getnbctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno, vert_causal_ctx_csty_loc_symbol);
 554                         if (y > y0 + rlen)
 555                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
 556                         if (t1->data[y][x] & mask){ // newly significant
 557                             int xorbit;
 558                             int ctxno = ff_j2k_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
 559                             *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 560                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
 561                             ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
 562                         }
 563                     }
 564                     t1->flags[y+1][x+1] &= ~J2K_T1_VIS;
 565                 }
 566             } else{
 567                 for (y = y0; y < y0 + 4 && y < height; y++){
 568                     if (!(t1->flags[y+1][x+1] & (J2K_T1_SIG | J2K_T1_VIS))){
 569                         int ctxno = ff_j2k_getnbctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno, vert_causal_ctx_csty_loc_symbol);
 570                         ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
 571                         if (t1->data[y][x] & mask){ // newly significant
 572                             int xorbit;
 573                             int ctxno = ff_j2k_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
 574                             *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 575                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
 576                             ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
 577                         }
 578                     }
 579                     t1->flags[y+1][x+1] &= ~J2K_T1_VIS;
 580                 }
 581             }
 582         }
 583 }
 584
 585 static void encode_cblk(J2kEncoderContext *s, J2kT1Context *t1, J2kCblk *cblk, J2kTile *tile,
 586                         int width, int height, int bandpos, int lev)
 587 {
 588     int pass_t = 2, passno, x, y, max=0, nmsedec, bpno;
 589     int64_t wmsedec = 0;
 590
 591     for (y = 0; y < height+2; y++)
 592         memset(t1->flags[y], 0, (width+2)*sizeof(int));
 593
 594     for (y = 0; y < height; y++){
 595         for (x = 0; x < width; x++){
 596             if (t1->data[y][x] < 0){
 597                 t1->flags[y+1][x+1] |= J2K_T1_SGN;
 598                 t1->data[y][x] = -t1->data[y][x];
 599             }
 600             max = FFMAX(max, t1->data[y][x]);
 601         }
 602     }
 603
 604     if (max == 0){
 605         cblk->nonzerobits = 0;
 606         bpno = 0;
 607     } else{
 608         cblk->nonzerobits = av_log2(max) + 1 - NMSEDEC_FRACBITS;
 609         bpno = cblk->nonzerobits - 1;
 610     }
 611
 612     ff_mqc_initenc(&t1->mqc, cblk->data);
 613
 614     for (passno = 0; bpno >= 0; passno++){
 615         nmsedec=0;
 616
 617         switch(pass_t){
 618             case 0: encode_sigpass(t1, width, height, bandpos, &nmsedec, bpno);
 619                     break;
 620             case 1: encode_refpass(t1, width, height, &nmsedec, bpno);
 621                     break;
 622             case 2: encode_clnpass(t1, width, height, bandpos, &nmsedec, bpno);
 623                     break;
 624         }
 625
 626         cblk->passes[passno].rate = 3 + ff_mqc_length(&t1->mqc);
 627         wmsedec += (int64_t)nmsedec << (2*bpno);
 628         cblk->passes[passno].disto = wmsedec;
 629
 630         if (++pass_t == 3){
 631             pass_t = 0;
 632             bpno--;
 633         }
 634     }
 635     cblk->npasses = passno;
 636     cblk->ninclpasses = passno;
 637
 638     // TODO: optional flush on each pass
 639     cblk->passes[passno-1].rate = ff_mqc_flush(&t1->mqc);
 640 }
 641
 642 /* tier-2 routines: */
 643
 644 static void putnumpasses(J2kEncoderContext *s, int n)
 645 {
 646     if (n == 1)
 647         put_num(s, 0, 1);
 648     else if (n == 2)
 649         put_num(s, 2, 2);
 650     else if (n <= 5)
 651         put_num(s, 0xc | (n-3), 4);
 652     else if (n <= 36)
 653         put_num(s, 0x1e0 | (n-6), 9);
 654     else
 655         put_num(s, 0xff80 | (n-37), 16);
 656 }
 657
 658
 659 static int encode_packet(J2kEncoderContext *s, J2kResLevel *rlevel, int precno,
 660                           uint8_t *expn, int numgbits)
 661 {
 662     int bandno, empty = 1;
 663
 664     // init bitstream
 665     *s->buf = 0;
 666     s->bit_index = 0;
 667
 668     // header
 669
 670     // is the packet empty?
 671     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
 672         if (rlevel->band[bandno].coord[0][0] < rlevel->band[bandno].coord[0][1]
 673         &&  rlevel->band[bandno].coord[1][0] < rlevel->band[bandno].coord[1][1]){
 674             empty = 0;
 675             break;
 676         }
 677     }
 678
 679     put_bits(s, !empty, 1);
 680     if (empty){
 681         j2k_flush(s);
 682         return 0;
 683     }
 684
 685     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
 686         J2kBand *band = rlevel->band + bandno;
 687         J2kPrec *prec = band->prec + precno;
 688         int yi, xi, pos;
 689         int cblknw = prec->xi1 - prec->xi0;
 690
 691         if (band->coord[0][0] == band->coord[0][1]
 692         ||  band->coord[1][0] == band->coord[1][1])
 693             continue;
 694
 695         for (pos=0, yi = prec->yi0; yi < prec->yi1; yi++){
 696             for (xi = prec->xi0; xi < prec->xi1; xi++, pos++){
 697                 prec->cblkincl[pos].val = band->cblk[yi * cblknw + xi].ninclpasses == 0;
 698                 tag_tree_update(prec->cblkincl + pos);
 699                 prec->zerobits[pos].val = expn[bandno] + numgbits - 1 - band->cblk[yi * cblknw + xi].nonzerobits;
 700                 tag_tree_update(prec->zerobits + pos);
 701             }
 702         }
 703
 704         for (pos=0, yi = prec->yi0; yi < prec->yi1; yi++){
 705             for (xi = prec->xi0; xi < prec->xi1; xi++, pos++){
 706                 int pad = 0, llen, length;
 707                 J2kCblk *cblk = band->cblk + yi * cblknw + xi;
 708
 709                 if (s->buf_end - s->buf < 20) // approximately
 710                     return -1;
 711
 712                 // inclusion information
 713                 tag_tree_code(s, prec->cblkincl + pos, 1);
 714                 if (!cblk->ninclpasses)
 715                     continue;
 716                 // zerobits information
 717                 tag_tree_code(s, prec->zerobits + pos, 100);
 718                 // number of passes
 719                 putnumpasses(s, cblk->ninclpasses);
 720
 721                 length = cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate;
 722                 llen = av_log2(length) - av_log2(cblk->ninclpasses) - 2;
 723                 if (llen < 0){
 724                     pad = -llen;
 725                     llen = 0;
 726                 }
 727                 // length of code block
 728                 put_bits(s, 1, llen);
 729                 put_bits(s, 0, 1);
 730                 put_num(s, length, av_log2(length)+1+pad);
 731             }
 732         }
 733     }
 734     j2k_flush(s);
 735     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
 736         J2kBand *band = rlevel->band + bandno;
 737         J2kPrec *prec = band->prec + precno;
 738         int yi, cblknw = prec->xi1 - prec->xi0;
 739         for (yi = prec->yi0; yi < prec->yi1; yi++){
 740             int xi;
 741             for (xi = prec->xi0; xi < prec->xi1; xi++){
 742                 J2kCblk *cblk = band->cblk + yi * cblknw + xi;
 743                 if (cblk->ninclpasses){
 744                     if (s->buf_end - s->buf < cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate)
 745                         return -1;
 746                     bytestream_put_buffer(&s->buf, cblk->data, cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate);
 747                 }
 748             }
 749         }
 750     }
 751     return 0;
 752 }
 753
 754 static int encode_packets(J2kEncoderContext *s, J2kTile *tile, int tileno)
 755 {
 756     int compno, reslevelno, ret;
 757     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 758     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 759
 760     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "tier2\n");
 761     // lay-rlevel-comp-pos progression
 762     for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
 763         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 764             int precno;
 765             J2kResLevel *reslevel = s->tile[tileno].comp[compno].reslevel + reslevelno;
 766             for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
 767                 if (ret = encode_packet(s, reslevel, precno, qntsty->expn + (reslevelno ? 3*reslevelno-2 : 0),
 768                               qntsty->nguardbits))
 769                     return ret;
 770             }
 771         }
 772     }
 773     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after tier2\n");
 774     return 0;
 775 }
 776
 777 static int getcut(J2kCblk *cblk, int64_t lambda, int dwt_norm)
 778 {
 779     int passno, res = 0;
 780     for (passno = 0; passno < cblk->npasses; passno++){
 781         int dr;
 782         int64_t dd;
 783
 784         dr = cblk->passes[passno].rate
 785            - (res ? cblk->passes[res-1].rate:0);
 786         dd = cblk->passes[passno].disto
 787            - (res ? cblk->passes[res-1].disto:0);
 788
 789         if (((dd * dwt_norm) >> WMSEDEC_SHIFT) * dwt_norm >= dr * lambda)
 790             res = passno+1;
 791     }
 792     return res;
 793 }
 794
 795 static void truncpasses(J2kEncoderContext *s, J2kTile *tile)
 796 {
 797     int compno, reslevelno, bandno, cblkno, lev;
 798     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 799
 800     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 801         J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 802
 803         for (reslevelno = 0, lev = codsty->nreslevels-1; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++, lev--){
 804             J2kResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
 805
 806             for (bandno = 0; bandno < reslevel->nbands ; bandno++){
 807                 int bandpos = bandno + (reslevelno > 0);
 808                 J2kBand *band = reslevel->band + bandno;
 809
 810                 for (cblkno = 0; cblkno < band->cblknx * band->cblkny; cblkno++){
 811                     J2kCblk *cblk = band->cblk + cblkno;
 812
 813                     cblk->ninclpasses = getcut(cblk, s->lambda,
 814                             (int64_t)dwt_norms[codsty->transform][bandpos][lev] * (int64_t)band->stepsize >> 13);
 815                 }
 816             }
 817         }
 818     }
 819 }
 820
 821 static int encode_tile(J2kEncoderContext *s, J2kTile *tile, int tileno)
 822 {
 823     int compno, reslevelno, bandno, ret;
 824     J2kT1Context t1;
 825     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 826     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 827         J2kComponent *comp = s->tile[tileno].comp + compno;
 828
 829         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,"dwt\n");
 830         if (ret = ff_j2k_dwt_encode(&comp->dwt, comp->data))
 831             return ret;
 832         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,"after dwt -> tier1\n");
 833
 834         for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
 835             J2kResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
 836
 837             for (bandno = 0; bandno < reslevel->nbands ; bandno++){
 838                 J2kBand *band = reslevel->band + bandno;
 839                 int cblkx, cblky, cblkno=0, xx0, x0, xx1, y0, yy0, yy1, bandpos;
 840                 yy0 = bandno == 0 ? 0 : comp->reslevel[reslevelno-1].coord[1][1] - comp->reslevel[reslevelno-1].coord[1][0];
 841                 y0 = yy0;
 842                 yy1 = FFMIN(ff_j2k_ceildiv(band->coord[1][0] + 1, band->codeblock_height) * band->codeblock_height,
 843                             band->coord[1][1]) - band->coord[1][0] + yy0;
 844
 845                 if (band->coord[0][0] == band->coord[0][1] || band->coord[1][0] == band->coord[1][1])
 846                     continue;
 847
 848                 bandpos = bandno + (reslevelno > 0);
 849
 850                 for (cblky = 0; cblky < band->cblkny; cblky++){
 851                     if (reslevelno == 0 || bandno == 1)
 852                         xx0 = 0;
 853                     else
 854                         xx0 = comp->reslevel[reslevelno-1].coord[0][1] - comp->reslevel[reslevelno-1].coord[0][0];
 855                     x0 = xx0;
 856                     xx1 = FFMIN(ff_j2k_ceildiv(band->coord[0][0] + 1, band->codeblock_width) * band->codeblock_width,
 857                                 band->coord[0][1]) - band->coord[0][0] + xx0;
 858
 859                     for (cblkx = 0; cblkx < band->cblknx; cblkx++, cblkno++){
 860                         int y, x;
 861                         if (codsty->transform == FF_DWT53){
 862                             for (y = yy0; y < yy1; y++){
 863                                 int *ptr = t1.data[y-yy0];
 864                                 for (x = xx0; x < xx1; x++){
 865                                     *ptr++ = comp->data[(comp->coord[0][1] - comp->coord[0][0]) * y + x] << NMSEDEC_FRACBITS;
 866                                 }
 867                             }
 868                         } else{
 869                             for (y = yy0; y < yy1; y++){
 870                                 int *ptr = t1.data[y-yy0];
 871                                 for (x = xx0; x < xx1; x++){
 872                                     *ptr = (comp->data[(comp->coord[0][1] - comp->coord[0][0]) * y + x]);
 873                                     *ptr = (int64_t)*ptr * (int64_t)(8192 * 8192 / band->stepsize) >> 13 - NMSEDEC_FRACBITS;
 874                                     ptr++;
 875                                 }
 876                             }
 877                         }
 878                         encode_cblk(s, &t1, band->cblk + cblkno, tile, xx1 - xx0, yy1 - yy0,
 879                                     bandpos, codsty->nreslevels - reslevelno - 1);
 880                         xx0 = xx1;
 881                         xx1 = FFMIN(xx1 + band->codeblock_width, band->coord[0][1] - band->coord[0][0] + x0);
 882                     }
 883                     yy0 = yy1;
 884                     yy1 = FFMIN(yy1 + band->codeblock_height, band->coord[1][1] - band->coord[1][0] + y0);
 885                 }
 886             }
 887         }
 888         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after tier1\n");
 889     }
 890
 891     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "rate control\n");
 892     truncpasses(s, tile);
 893     if (ret = encode_packets(s, tile, tileno))
 894         return ret;
 895     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after rate control\n");
 896     return 0;
 897 }
 898
 899 static void cleanup(J2kEncoderContext *s)
 900 {
 901     int tileno, compno;
 902     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 903
 904     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 905         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 906             J2kComponent *comp = s->tile[tileno].comp + compno;
 907             ff_j2k_cleanup(comp, codsty);
 908         }
 909         av_freep(&s->tile[tileno].comp);
 910     }
 911     av_freep(&s->tile);
 912 }
 913
 914 static void reinit(J2kEncoderContext *s)
 915 {
 916     int tileno, compno;
 917     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 918         J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 919         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++)
 920             ff_j2k_reinit(tile->comp + compno, &s->codsty);
 921     }
 922 }
 923
 924 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 925                         const AVFrame *pict, int *got_packet)
 926 {
 927     int tileno, ret;
 928     J2kEncoderContext *s = avctx->priv_data;
 929
 930     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width*avctx->height*9 + FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0)
 931         return ret;
 932
 933     // init:
 934     s->buf = s->buf_start = pkt->data;
 935     s->buf_end = pkt->data + pkt->size;
 936
 937     s->picture = *pict;
 938     avctx->coded_frame= &s->picture;
 939
 940     s->lambda = s->picture.quality * LAMBDA_SCALE;
 941
 942     copy_frame(s);
 943     reinit(s);
 944
 945     if (s->buf_end - s->buf < 2)
 946         return -1;
 947     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SOC);
 948     if (ret = put_siz(s))
 949         return ret;
 950     if (ret = put_cod(s))
 951         return ret;
 952     if (ret = put_qcd(s, 0))
 953         return ret;
 954
 955     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 956         uint8_t *psotptr;
 957         if (!(psotptr = put_sot(s, tileno)))
 958             return -1;
 959         if (s->buf_end - s->buf < 2)
 960             return -1;
 961         bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SOD);
 962         if (ret = encode_tile(s, s->tile + tileno, tileno))
 963             return ret;
 964         bytestream_put_be32(&psotptr, s->buf - psotptr + 6);
 965     }
 966     if (s->buf_end - s->buf < 2)
 967         return -1;
 968     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_EOC);
 969
 970     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "end\n");
 971     pkt->size = s->buf - s->buf_start;
 972     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 973     *got_packet = 1;
 974
 975     return 0;
 976 }
 977
 978 static av_cold int j2kenc_init(AVCodecContext *avctx)
 979 {
 980     int i, ret;
 981     J2kEncoderContext *s = avctx->priv_data;
 982     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 983     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 984
 985     s->avctx = avctx;
 986     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "init\n");
 987
 988     // defaults:
 989     // TODO: implement setting non-standard precinct size
 990     codsty->log2_prec_width  = 15;
 991     codsty->log2_prec_height = 15;
 992     codsty->nreslevels       = 7;
 993     codsty->log2_cblk_width  = 4;
 994     codsty->log2_cblk_height = 4;
 995     codsty->transform        = 1;
 996
 997     qntsty->nguardbits       = 1;
 998
 999     s->tile_width            = 256;
1000     s->tile_height           = 256;
1001
1002     if (codsty->transform == FF_DWT53)
1003         qntsty->quantsty = J2K_QSTY_NONE;
1004     else
1005         qntsty->quantsty = J2K_QSTY_SE;
1006
1007     s->width = avctx->width;
1008     s->height = avctx->height;
1009
1010     for (i = 0; i < 3; i++)
1011         s->cbps[i] = 8;
1012
1013     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24){
1014         s->ncomponents = 3;
1015     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8){
1016         s->ncomponents = 1;
1017     } else{ // planar YUV
1018         s->planar = 1;
1019         s->ncomponents = 3;
1020         avcodec_get_chroma_sub_sample(avctx->pix_fmt,
1021                 s->chroma_shift, s->chroma_shift + 1);
1022     }
1023
1024     ff_j2k_init_tier1_luts();
1025
1026     init_luts();
1027
1028     init_quantization(s);
1029     if (ret=init_tiles(s))
1030         return ret;
1031
1032     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after init\n");
1033
1034     return 0;
1035 }
1036
1037 static int j2kenc_destroy(AVCodecContext *avctx)
1038 {
1039     J2kEncoderContext *s = avctx->priv_data;
1040
1041     cleanup(s);
1042     return 0;
1043 }
1044
1045 AVCodec ff_jpeg2000_encoder = {
1046     .name           = "j2k",
1047     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1048     .id             = AV_CODEC_ID_JPEG2000,
1049     .priv_data_size = sizeof(J2kEncoderContext),
1050     .init           = j2kenc_init,
1051     .encode2        = encode_frame,
1052     .close          = j2kenc_destroy,
1053     .capabilities   = CODEC_CAP_EXPERIMENTAL,
1054     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG 2000"),
1055     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
1056         AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_YUV444P, AV_PIX_FMT_GRAY8,
1057 /*      AV_PIX_FMT_YUV420P,
1058         AV_PIX_FMT_YUV422P, AV_PIX_FMT_YUV444P,
1059         AV_PIX_FMT_YUV410P, AV_PIX_FMT_YUV411P,*/
1060         AV_PIX_FMT_NONE
1061     }
1062 };