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 "bytestream.h"
  31 #include "j2k.h"
  32 #include "libavutil/common.h"
  33
  34 #define NMSEDEC_BITS 7
  35 #define NMSEDEC_FRACBITS (NMSEDEC_BITS-1)
  36 #define WMSEDEC_SHIFT 13 ///< must be >= 13
  37 #define LAMBDA_SCALE (100000000LL << (WMSEDEC_SHIFT - 13))
  38
  39 static int lut_nmsedec_ref [1<<NMSEDEC_BITS],
  40            lut_nmsedec_ref0[1<<NMSEDEC_BITS],
  41            lut_nmsedec_sig [1<<NMSEDEC_BITS],
  42            lut_nmsedec_sig0[1<<NMSEDEC_BITS];
  43
  44 static const int dwt_norms[2][4][10] = { // [dwt_type][band][rlevel] (multiplied by 10000)
  45     {{10000, 19650, 41770,  84030, 169000, 338400,  676900, 1353000, 2706000, 5409000},
  46      {20220, 39890, 83550, 170400, 342700, 686300, 1373000, 2746000, 5490000},
  47      {20220, 39890, 83550, 170400, 342700, 686300, 1373000, 2746000, 5490000},
  48      {20800, 38650, 83070, 171800, 347100, 695900, 1393000, 2786000, 5572000}},
  49
  50     {{10000, 15000, 27500, 53750, 106800, 213400, 426700, 853300, 1707000, 3413000},
  51      {10380, 15920, 29190, 57030, 113300, 226400, 452500, 904800, 1809000},
  52      {10380, 15920, 29190, 57030, 113300, 226400, 452500, 904800, 1809000},
  53      { 7186,  9218, 15860, 30430,  60190, 120100, 240000, 479700,  959300}}
  54 };
  55
  56 typedef struct {
  57    J2kComponent *comp;
  58 } J2kTile;
  59
  60 typedef struct {
  61     AVCodecContext *avctx;
  62     AVFrame *picture;
  63
  64     int width, height; ///< image width and height
  65     uint8_t cbps[4]; ///< bits per sample in particular components
  66     int chroma_shift[2];
  67     uint8_t planar;
  68     int ncomponents;
  69     int tile_width, tile_height; ///< tile size
  70     int numXtiles, numYtiles;
  71
  72     uint8_t *buf_start;
  73     uint8_t *buf;
  74     uint8_t *buf_end;
  75     int bit_index;
  76
  77     int64_t lambda;
  78
  79     J2kCodingStyle codsty;
  80     J2kQuantStyle  qntsty;
  81
  82     J2kTile *tile;
  83 } J2kEncoderContext;
  84
  85
  86 /* debug */
  87 #if 0
  88 #undef ifprintf
  89 #undef printf
  90
  91 static void nspaces(FILE *fd, int n)
  92 {
  93     while(n--) putc(' ', fd);
  94 }
  95
  96 static void printv(int *tab, int l)
  97 {
  98     int i;
  99     for (i = 0; i < l; i++)
 100         printf("%.3d ", tab[i]);
 101     printf("\n");
 102 }
 103
 104 static void printu(uint8_t *tab, int l)
 105 {
 106     int i;
 107     for (i = 0; i < l; i++)
 108         printf("%.3hd ", tab[i]);
 109     printf("\n");
 110 }
 111
 112 static void printcomp(J2kComponent *comp)
 113 {
 114     int i;
 115     for (i = 0; i < comp->y1 - comp->y0; i++)
 116         printv(comp->data + i * (comp->x1 - comp->x0), comp->x1 - comp->x0);
 117 }
 118
 119 static void dump(J2kEncoderContext *s, FILE *fd)
 120 {
 121     int tileno, compno, reslevelno, bandno, precno;
 122     fprintf(fd, "XSiz = %d, YSiz = %d, tile_width = %d, tile_height = %d\n"
 123                 "numXtiles = %d, numYtiles = %d, ncomponents = %d\n"
 124                 "tiles:\n",
 125             s->width, s->height, s->tile_width, s->tile_height,
 126             s->numXtiles, s->numYtiles, s->ncomponents);
 127     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 128         J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 129         nspaces(fd, 2);
 130         fprintf(fd, "tile %d:\n", tileno);
 131         for(compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 132             J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 133             nspaces(fd, 4);
 134             fprintf(fd, "component %d:\n", compno);
 135             nspaces(fd, 4);
 136             fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d\n",
 137                         comp->x0, comp->x1, comp->y0, comp->y1);
 138             for(reslevelno = 0; reslevelno < s->nreslevels; reslevelno++){
 139                 J2kResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
 140                 nspaces(fd, 6);
 141                 fprintf(fd, "reslevel %d:\n", reslevelno);
 142                 nspaces(fd, 6);
 143                 fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d, nbands = %d\n",
 144                         reslevel->x0, reslevel->x1, reslevel->y0,
 145                         reslevel->y1, reslevel->nbands);
 146                 for(bandno = 0; bandno < reslevel->nbands; bandno++){
 147                     J2kBand *band = reslevel->band + bandno;
 148                     nspaces(fd, 8);
 149                     fprintf(fd, "band %d:\n", bandno);
 150                     nspaces(fd, 8);
 151                     fprintf(fd, "x0 = %d, x1 = %d, y0 = %d, y1 = %d,"
 152                                 "codeblock_width = %d, codeblock_height = %d cblknx = %d cblkny = %d\n",
 153                                 band->x0, band->x1,
 154                                 band->y0, band->y1,
 155                                 band->codeblock_width, band->codeblock_height,
 156                                 band->cblknx, band->cblkny);
 157                     for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
 158                         J2kPrec *prec = band->prec + precno;
 159                         nspaces(fd, 10);
 160                         fprintf(fd, "prec %d:\n", precno);
 161                         nspaces(fd, 10);
 162                         fprintf(fd, "xi0 = %d, xi1 = %d, yi0 = %d, yi1 = %d\n",
 163                                      prec->xi0, prec->xi1, prec->yi0, prec->yi1);
 164                     }
 165                 }
 166             }
 167         }
 168     }
 169 }
 170 #endif
 171
 172 /* bitstream routines */
 173
 174 /** put n times val bit */
 175 static void put_bits(J2kEncoderContext *s, int val, int n) // TODO: optimize
 176 {
 177     while (n-- > 0){
 178         if (s->bit_index == 8)
 179         {
 180             s->bit_index = *s->buf == 0xff;
 181             *(++s->buf) = 0;
 182         }
 183         *s->buf |= val << (7 - s->bit_index++);
 184     }
 185 }
 186
 187 /** put n least significant bits of a number num */
 188 static void put_num(J2kEncoderContext *s, int num, int n)
 189 {
 190     while(--n >= 0)
 191         put_bits(s, (num >> n) & 1, 1);
 192 }
 193
 194 /** flush the bitstream */
 195 static void j2k_flush(J2kEncoderContext *s)
 196 {
 197     if (s->bit_index){
 198         s->bit_index = 0;
 199         s->buf++;
 200     }
 201 }
 202
 203 /* tag tree routines */
 204
 205 /** code the value stored in node */
 206 static void tag_tree_code(J2kEncoderContext *s, J2kTgtNode *node, int threshold)
 207 {
 208     J2kTgtNode *stack[30];
 209     int sp = 1, curval = 0;
 210     stack[0] = node;
 211
 212     node = node->parent;
 213     while(node){
 214         if (node->vis){
 215             curval = node->val;
 216             break;
 217         }
 218         node->vis++;
 219         stack[sp++] = node;
 220         node = node->parent;
 221     }
 222     while(--sp >= 0){
 223         if (stack[sp]->val >= threshold){
 224             put_bits(s, 0, threshold - curval);
 225             break;
 226         }
 227         put_bits(s, 0, stack[sp]->val - curval);
 228         put_bits(s, 1, 1);
 229         curval = stack[sp]->val;
 230     }
 231 }
 232
 233 /** update the value in node */
 234 static void tag_tree_update(J2kTgtNode *node)
 235 {
 236     int lev = 0;
 237     while (node->parent){
 238         if (node->parent->val <= node->val)
 239             break;
 240         node->parent->val = node->val;
 241         node = node->parent;
 242         lev++;
 243     }
 244 }
 245
 246 static int put_siz(J2kEncoderContext *s)
 247 {
 248     int i;
 249
 250     if (s->buf_end - s->buf < 40 + 3 * s->ncomponents)
 251         return -1;
 252
 253     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SIZ);
 254     bytestream_put_be16(&s->buf, 38 + 3 * s->ncomponents); // Lsiz
 255     bytestream_put_be16(&s->buf, 0); // Rsiz
 256     bytestream_put_be32(&s->buf, s->width); // width
 257     bytestream_put_be32(&s->buf, s->height); // height
 258     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // X0Siz
 259     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // Y0Siz
 260
 261     bytestream_put_be32(&s->buf, s->tile_width); // XTSiz
 262     bytestream_put_be32(&s->buf, s->tile_height); // YTSiz
 263     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // XT0Siz
 264     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // YT0Siz
 265     bytestream_put_be16(&s->buf, s->ncomponents); // CSiz
 266
 267     for (i = 0; i < s->ncomponents; i++){ // Ssiz_i XRsiz_i, YRsiz_i
 268         bytestream_put_byte(&s->buf, 7);
 269         bytestream_put_byte(&s->buf, i?1<<s->chroma_shift[0]:1);
 270         bytestream_put_byte(&s->buf, i?1<<s->chroma_shift[1]:1);
 271     }
 272     return 0;
 273 }
 274
 275 static int put_cod(J2kEncoderContext *s)
 276 {
 277     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 278
 279     if (s->buf_end - s->buf < 14)
 280         return -1;
 281
 282     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_COD);
 283     bytestream_put_be16(&s->buf, 12); // Lcod
 284     bytestream_put_byte(&s->buf, 0);  // Scod
 285     // SGcod
 286     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // progression level
 287     bytestream_put_be16(&s->buf, 1); // num of layers
 288     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // multiple component transformation
 289     // SPcod
 290     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->nreslevels - 1); // num of decomp. levels
 291     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->log2_cblk_width-2); // cblk width
 292     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->log2_cblk_height-2); // cblk height
 293     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // cblk style
 294     bytestream_put_byte(&s->buf, codsty->transform); // transformation
 295     return 0;
 296 }
 297
 298 static int put_qcd(J2kEncoderContext *s, int compno)
 299 {
 300     int i, size;
 301     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 302     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 303
 304     if (qntsty->quantsty == J2K_QSTY_NONE)
 305         size = 4 + 3 * (codsty->nreslevels-1);
 306     else // QSTY_SE
 307         size = 5 + 6 * (codsty->nreslevels-1);
 308
 309     if (s->buf_end - s->buf < size + 2)
 310         return -1;
 311
 312     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_QCD);
 313     bytestream_put_be16(&s->buf, size);  // LQcd
 314     bytestream_put_byte(&s->buf, (qntsty->nguardbits << 5) | qntsty->quantsty);  // Sqcd
 315     if (qntsty->quantsty == J2K_QSTY_NONE)
 316         for (i = 0; i < codsty->nreslevels * 3 - 2; i++)
 317             bytestream_put_byte(&s->buf, qntsty->expn[i] << 3);
 318     else // QSTY_SE
 319         for (i = 0; i < codsty->nreslevels * 3 - 2; i++)
 320             bytestream_put_be16(&s->buf, (qntsty->expn[i] << 11) | qntsty->mant[i]);
 321     return 0;
 322 }
 323
 324 static uint8_t *put_sot(J2kEncoderContext *s, int tileno)
 325 {
 326     uint8_t *psotptr;
 327
 328     if (s->buf_end - s->buf < 12)
 329         return -1;
 330
 331     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SOT);
 332     bytestream_put_be16(&s->buf, 10); // Lsot
 333     bytestream_put_be16(&s->buf, tileno); // Isot
 334
 335     psotptr = s->buf;
 336     bytestream_put_be32(&s->buf, 0); // Psot (filled in later)
 337
 338     bytestream_put_byte(&s->buf, 0); // TPsot
 339     bytestream_put_byte(&s->buf, 1); // TNsot
 340     return psotptr;
 341 }
 342
 343 /**
 344  * compute the sizes of tiles, resolution levels, bands, etc.
 345  * allocate memory for them
 346  * divide the input image into tile-components
 347  */
 348 static int init_tiles(J2kEncoderContext *s)
 349 {
 350     int tileno, tilex, tiley, compno;
 351     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 352     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 353
 354     s->numXtiles = ff_j2k_ceildiv(s->width, s->tile_width);
 355     s->numYtiles = ff_j2k_ceildiv(s->height, s->tile_height);
 356
 357     s->tile = av_malloc(s->numXtiles * s->numYtiles * sizeof(J2kTile));
 358     if (!s->tile)
 359         return AVERROR(ENOMEM);
 360     for (tileno = 0, tiley = 0; tiley < s->numYtiles; tiley++)
 361         for (tilex = 0; tilex < s->numXtiles; tilex++, tileno++){
 362             J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 363
 364             tile->comp = av_malloc(s->ncomponents * sizeof(J2kComponent));
 365             if (!tile->comp)
 366                 return AVERROR(ENOMEM);
 367             for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 368                 J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 369                 int ret, i, j;
 370
 371                 comp->coord[0][0] = tilex * s->tile_width;
 372                 comp->coord[0][1] = FFMIN((tilex+1)*s->tile_width, s->width);
 373                 comp->coord[1][0] = tiley * s->tile_height;
 374                 comp->coord[1][1] = FFMIN((tiley+1)*s->tile_height, s->height);
 375                 if (compno > 0)
 376                     for (i = 0; i < 2; i++)
 377                         for (j = 0; j < 2; j++)
 378                             comp->coord[i][j] = ff_j2k_ceildivpow2(comp->coord[i][j], s->chroma_shift[i]);
 379
 380                 if (ret = ff_j2k_init_component(comp, codsty, qntsty, s->cbps[compno]))
 381                     return ret;
 382             }
 383         }
 384     return 0;
 385 }
 386
 387 static void copy_frame(J2kEncoderContext *s)
 388 {
 389     int tileno, compno, i, y, x;
 390     uint8_t *line;
 391     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 392         J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 393         if (s->planar){
 394             for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 395                 J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 396                 int *dst = comp->data;
 397                 line = s->picture->data[compno]
 398                        + comp->coord[1][0] * s->picture->linesize[compno]
 399                        + comp->coord[0][0];
 400                 for (y = comp->coord[1][0]; y < comp->coord[1][1]; y++){
 401                     uint8_t *ptr = line;
 402                     for (x = comp->coord[0][0]; x < comp->coord[0][1]; x++)
 403                         *dst++ = *ptr++ - (1 << 7);
 404                     line += s->picture->linesize[compno];
 405                 }
 406             }
 407         } else{
 408             line = s->picture->data[0] + tile->comp[0].coord[1][0] * s->picture->linesize[0]
 409                    + tile->comp[0].coord[0][0] * s->ncomponents;
 410
 411             i = 0;
 412             for (y = tile->comp[0].coord[1][0]; y < tile->comp[0].coord[1][1]; y++){
 413                 uint8_t *ptr = line;
 414                 for (x = tile->comp[0].coord[0][0]; x < tile->comp[0].coord[0][1]; x++, i++){
 415                     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 416                         tile->comp[compno].data[i] = *ptr++  - (1 << 7);
 417                     }
 418                 }
 419                 line += s->picture->linesize[0];
 420             }
 421         }
 422     }
 423 }
 424
 425 static void init_quantization(J2kEncoderContext *s)
 426 {
 427     int compno, reslevelno, bandno;
 428     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 429     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 430
 431     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 432         int gbandno = 0;
 433         for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
 434             int nbands, lev = codsty->nreslevels - reslevelno - 1;
 435             nbands = reslevelno ? 3 : 1;
 436             for (bandno = 0; bandno < nbands; bandno++, gbandno++){
 437                 int expn, mant;
 438
 439                 if (codsty->transform == FF_DWT97){
 440                     int bandpos = bandno + (reslevelno>0),
 441                         ss = 81920000 / dwt_norms[0][bandpos][lev],
 442                         log = av_log2(ss);
 443                     mant = (11 - log < 0 ? ss >> log - 11 : ss << 11 - log) & 0x7ff;
 444                     expn = s->cbps[compno] - log + 13;
 445                 } else
 446                     expn = ((bandno&2)>>1) + (reslevelno>0) + s->cbps[compno];
 447
 448                 qntsty->expn[gbandno] = expn;
 449                 qntsty->mant[gbandno] = mant;
 450             }
 451         }
 452     }
 453 }
 454
 455 static void init_luts()
 456 {
 457     int i, a,
 458         mask = ~((1<<NMSEDEC_FRACBITS)-1);
 459
 460     for (i = 0; i < (1 << NMSEDEC_BITS); i++){
 461         lut_nmsedec_sig[i]  = FFMAX(6*i - (9<<NMSEDEC_FRACBITS-1) << 12-NMSEDEC_FRACBITS, 0);
 462         lut_nmsedec_sig0[i] = FFMAX((i*i + (1<<NMSEDEC_FRACBITS-1) & mask) << 1, 0);
 463
 464         a = (i >> (NMSEDEC_BITS-2)&2) + 1;
 465         lut_nmsedec_ref[i]  = FFMAX((-2*i + (1<<NMSEDEC_FRACBITS) + a*i - (a*a<<NMSEDEC_FRACBITS-2))
 466                                     << 13-NMSEDEC_FRACBITS, 0);
 467         lut_nmsedec_ref0[i] = FFMAX(((i*i + (1-4*i << NMSEDEC_FRACBITS-1) + (1<<2*NMSEDEC_FRACBITS)) & mask)
 468                                     << 1, 0);
 469     }
 470 }
 471
 472 /* tier-1 routines */
 473 static int getnmsedec_sig(int x, int bpno)
 474 {
 475     if (bpno > NMSEDEC_FRACBITS)
 476         return lut_nmsedec_sig[(x >> (bpno - NMSEDEC_FRACBITS)) & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 477     return lut_nmsedec_sig0[x & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 478 }
 479
 480 static int getnmsedec_ref(int x, int bpno)
 481 {
 482     if (bpno > NMSEDEC_FRACBITS)
 483         return lut_nmsedec_ref[(x >> (bpno - NMSEDEC_FRACBITS)) & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 484     return lut_nmsedec_ref0[x & ((1 << NMSEDEC_BITS) - 1)];
 485 }
 486
 487 static void encode_sigpass(J2kT1Context *t1, int width, int height, int bandno, int *nmsedec, int bpno)
 488 {
 489     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 490     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
 491         for (x = 0; x < width; x++)
 492             for (y = y0; y < height && y < y0+4; y++){
 493                 if (!(t1->flags[y+1][x+1] & J2K_T1_SIG) && (t1->flags[y+1][x+1] & J2K_T1_SIG_NB)){
 494                     int ctxno = ff_j2k_getnbctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno),
 495                         bit = t1->data[y][x] & mask ? 1 : 0;
 496                     ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, bit);
 497                     if (bit){
 498                         int xorbit;
 499                         int ctxno = ff_j2k_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
 500                         ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
 501                         *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 502                         ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
 503                     }
 504                     t1->flags[y+1][x+1] |= J2K_T1_VIS;
 505                 }
 506             }
 507 }
 508
 509 static void encode_refpass(J2kT1Context *t1, int width, int height, int *nmsedec, int bpno)
 510 {
 511     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 512     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
 513         for (x = 0; x < width; x++)
 514             for (y = y0; y < height && y < y0+4; y++)
 515                 if ((t1->flags[y+1][x+1] & (J2K_T1_SIG | J2K_T1_VIS)) == J2K_T1_SIG){
 516                     int ctxno = ff_j2k_getrefctxno(t1->flags[y+1][x+1]);
 517                     *nmsedec += getnmsedec_ref(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 518                     ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
 519                     t1->flags[y+1][x+1] |= J2K_T1_REF;
 520                 }
 521 }
 522
 523 static void encode_clnpass(J2kT1Context *t1, int width, int height, int bandno, int *nmsedec, int bpno)
 524 {
 525     int y0, x, y, mask = 1 << (bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 526     for (y0 = 0; y0 < height; y0 += 4)
 527         for (x = 0; x < width; x++){
 528             if (y0 + 3 < height && !(
 529             (t1->flags[y0+1][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG)) ||
 530             (t1->flags[y0+2][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG)) ||
 531             (t1->flags[y0+3][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG)) ||
 532             (t1->flags[y0+4][x+1] & (J2K_T1_SIG_NB | J2K_T1_VIS | J2K_T1_SIG))))
 533             {
 534                 // aggregation mode
 535                 int rlen;
 536                 for (rlen = 0; rlen < 4; rlen++)
 537                     if (t1->data[y0+rlen][x] & mask)
 538                         break;
 539                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_RL, rlen != 4);
 540                 if (rlen == 4)
 541                     continue;
 542                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_UNI, rlen >> 1);
 543                 ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + MQC_CX_UNI, rlen & 1);
 544                 for (y = y0 + rlen; y < y0 + 4; y++){
 545                     if (!(t1->flags[y+1][x+1] & (J2K_T1_SIG | J2K_T1_VIS))){
 546                         int ctxno = ff_j2k_getnbctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno);
 547                         if (y > y0 + rlen)
 548                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
 549                         if (t1->data[y][x] & mask){ // newly significant
 550                             int xorbit;
 551                             int ctxno = ff_j2k_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
 552                             *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 553                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
 554                             ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
 555                         }
 556                     }
 557                     t1->flags[y+1][x+1] &= ~J2K_T1_VIS;
 558                 }
 559             } else{
 560                 for (y = y0; y < y0 + 4 && y < height; y++){
 561                     if (!(t1->flags[y+1][x+1] & (J2K_T1_SIG | J2K_T1_VIS))){
 562                         int ctxno = ff_j2k_getnbctxno(t1->flags[y+1][x+1], bandno);
 563                         ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, t1->data[y][x] & mask ? 1:0);
 564                         if (t1->data[y][x] & mask){ // newly significant
 565                             int xorbit;
 566                             int ctxno = ff_j2k_getsgnctxno(t1->flags[y+1][x+1], &xorbit);
 567                             *nmsedec += getnmsedec_sig(t1->data[y][x], bpno + NMSEDEC_FRACBITS);
 568                             ff_mqc_encode(&t1->mqc, t1->mqc.cx_states + ctxno, (t1->flags[y+1][x+1] >> 15) ^ xorbit);
 569                             ff_j2k_set_significant(t1, x, y, t1->flags[y+1][x+1] >> 15);
 570                         }
 571                     }
 572                     t1->flags[y+1][x+1] &= ~J2K_T1_VIS;
 573                 }
 574             }
 575         }
 576 }
 577
 578 static void encode_cblk(J2kEncoderContext *s, J2kT1Context *t1, J2kCblk *cblk, J2kTile *tile,
 579                         int width, int height, int bandpos, int lev)
 580 {
 581     int pass_t = 2, passno, x, y, max=0, nmsedec, bpno;
 582     int64_t wmsedec = 0;
 583
 584     for (y = 0; y < height+2; y++)
 585         memset(t1->flags[y], 0, (width+2)*sizeof(int));
 586
 587     for (y = 0; y < height; y++){
 588         for (x = 0; x < width; x++){
 589             if (t1->data[y][x] < 0){
 590                 t1->flags[y+1][x+1] |= J2K_T1_SGN;
 591                 t1->data[y][x] = -t1->data[y][x];
 592             }
 593             max = FFMAX(max, t1->data[y][x]);
 594         }
 595     }
 596
 597     if (max == 0){
 598         cblk->nonzerobits = 0;
 599         bpno = 0;
 600     } else{
 601         cblk->nonzerobits = av_log2(max) + 1 - NMSEDEC_FRACBITS;
 602         bpno = cblk->nonzerobits - 1;
 603     }
 604
 605     ff_mqc_initenc(&t1->mqc, cblk->data);
 606
 607     for (passno = 0; bpno >= 0; passno++){
 608         nmsedec=0;
 609
 610         switch(pass_t){
 611             case 0: encode_sigpass(t1, width, height, bandpos, &nmsedec, bpno);
 612                     break;
 613             case 1: encode_refpass(t1, width, height, &nmsedec, bpno);
 614                     break;
 615             case 2: encode_clnpass(t1, width, height, bandpos, &nmsedec, bpno);
 616                     break;
 617         }
 618
 619         cblk->passes[passno].rate = 3 + ff_mqc_length(&t1->mqc);
 620         wmsedec += (int64_t)nmsedec << (2*bpno);
 621         cblk->passes[passno].disto = wmsedec;
 622
 623         if (++pass_t == 3){
 624             pass_t = 0;
 625             bpno--;
 626         }
 627     }
 628     cblk->npasses = passno;
 629     cblk->ninclpasses = passno;
 630
 631     // TODO: optional flush on each pass
 632     cblk->passes[passno-1].rate = ff_mqc_flush(&t1->mqc);
 633 }
 634
 635 /* tier-2 routines: */
 636
 637 static void putnumpasses(J2kEncoderContext *s, int n)
 638 {
 639     if (n == 1)
 640         put_num(s, 0, 1);
 641     else if (n == 2)
 642         put_num(s, 2, 2);
 643     else if (n <= 5)
 644         put_num(s, 0xc | (n-3), 4);
 645     else if (n <= 36)
 646         put_num(s, 0x1e0 | (n-6), 9);
 647     else
 648         put_num(s, 0xff80 | (n-37), 16);
 649 }
 650
 651
 652 static int encode_packet(J2kEncoderContext *s, J2kResLevel *rlevel, int precno,
 653                           uint8_t *expn, int numgbits)
 654 {
 655     int bandno, empty = 1;
 656
 657     // init bitstream
 658     *s->buf = 0;
 659     s->bit_index = 0;
 660
 661     // header
 662
 663     // is the packet empty?
 664     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
 665         if (rlevel->band[bandno].coord[0][0] < rlevel->band[bandno].coord[0][1]
 666         &&  rlevel->band[bandno].coord[1][0] < rlevel->band[bandno].coord[1][1]){
 667             empty = 0;
 668             break;
 669         }
 670     }
 671
 672     put_bits(s, !empty, 1);
 673     if (empty){
 674         j2k_flush(s);
 675         return 0;
 676     }
 677
 678     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
 679         J2kBand *band = rlevel->band + bandno;
 680         J2kPrec *prec = band->prec + precno;
 681         int yi, xi, pos;
 682         int cblknw = prec->xi1 - prec->xi0;
 683
 684         if (band->coord[0][0] == band->coord[0][1]
 685         ||  band->coord[1][0] == band->coord[1][1])
 686             continue;
 687
 688         for (pos=0, yi = prec->yi0; yi < prec->yi1; yi++){
 689             for (xi = prec->xi0; xi < prec->xi1; xi++, pos++){
 690                 prec->cblkincl[pos].val = band->cblk[yi * cblknw + xi].ninclpasses == 0;
 691                 tag_tree_update(prec->cblkincl + pos);
 692                 prec->zerobits[pos].val = expn[bandno] + numgbits - 1 - band->cblk[yi * cblknw + xi].nonzerobits;
 693                 tag_tree_update(prec->zerobits + pos);
 694             }
 695         }
 696
 697         for (pos=0, yi = prec->yi0; yi < prec->yi1; yi++){
 698             for (xi = prec->xi0; xi < prec->xi1; xi++, pos++){
 699                 int pad = 0, llen, length;
 700                 J2kCblk *cblk = band->cblk + yi * cblknw + xi;
 701
 702                 if (s->buf_end - s->buf < 20) // approximately
 703                     return -1;
 704
 705                 // inclusion information
 706                 tag_tree_code(s, prec->cblkincl + pos, 1);
 707                 if (!cblk->ninclpasses)
 708                     continue;
 709                 // zerobits information
 710                 tag_tree_code(s, prec->zerobits + pos, 100);
 711                 // number of passes
 712                 putnumpasses(s, cblk->ninclpasses);
 713
 714                 length = cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate;
 715                 llen = av_log2(length) - av_log2(cblk->ninclpasses) - 2;
 716                 if (llen < 0){
 717                     pad = -llen;
 718                     llen = 0;
 719                 }
 720                 // length of code block
 721                 put_bits(s, 1, llen);
 722                 put_bits(s, 0, 1);
 723                 put_num(s, length, av_log2(length)+1+pad);
 724             }
 725         }
 726     }
 727     j2k_flush(s);
 728     for (bandno = 0; bandno < rlevel->nbands; bandno++){
 729         J2kBand *band = rlevel->band + bandno;
 730         J2kPrec *prec = band->prec + precno;
 731         int yi, cblknw = prec->xi1 - prec->xi0;
 732         for (yi = prec->yi0; yi < prec->yi1; yi++){
 733             int xi;
 734             for (xi = prec->xi0; xi < prec->xi1; xi++){
 735                 J2kCblk *cblk = band->cblk + yi * cblknw + xi;
 736                 if (cblk->ninclpasses){
 737                     if (s->buf_end - s->buf < cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate)
 738                         return -1;
 739                     bytestream_put_buffer(&s->buf, cblk->data, cblk->passes[cblk->ninclpasses-1].rate);
 740                 }
 741             }
 742         }
 743     }
 744     return 0;
 745 }
 746
 747 static int encode_packets(J2kEncoderContext *s, J2kTile *tile, int tileno)
 748 {
 749     int compno, reslevelno, ret;
 750     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 751     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 752
 753     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "tier2\n");
 754     // lay-rlevel-comp-pos progression
 755     for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
 756         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 757             int precno;
 758             J2kResLevel *reslevel = s->tile[tileno].comp[compno].reslevel + reslevelno;
 759             for (precno = 0; precno < reslevel->num_precincts_x * reslevel->num_precincts_y; precno++){
 760                 if (ret = encode_packet(s, reslevel, precno, qntsty->expn + (reslevelno ? 3*reslevelno-2 : 0),
 761                               qntsty->nguardbits))
 762                     return ret;
 763             }
 764         }
 765     }
 766     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after tier2\n");
 767     return 0;
 768 }
 769
 770 static int getcut(J2kCblk *cblk, int64_t lambda, int dwt_norm)
 771 {
 772     int passno, res = 0;
 773     for (passno = 0; passno < cblk->npasses; passno++){
 774         int dr;
 775         int64_t dd;
 776
 777         dr = cblk->passes[passno].rate
 778            - (res ? cblk->passes[res-1].rate:0);
 779         dd = cblk->passes[passno].disto
 780            - (res ? cblk->passes[res-1].disto:0);
 781
 782         if (((dd * dwt_norm) >> WMSEDEC_SHIFT) * dwt_norm >= dr * lambda)
 783             res = passno+1;
 784     }
 785     return res;
 786 }
 787
 788 static void truncpasses(J2kEncoderContext *s, J2kTile *tile)
 789 {
 790     int compno, reslevelno, bandno, cblkno, lev;
 791     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 792
 793     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 794         J2kComponent *comp = tile->comp + compno;
 795
 796         for (reslevelno = 0, lev = codsty->nreslevels-1; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++, lev--){
 797             J2kResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
 798
 799             for (bandno = 0; bandno < reslevel->nbands ; bandno++){
 800                 int bandpos = bandno + (reslevelno > 0);
 801                 J2kBand *band = reslevel->band + bandno;
 802
 803                 for (cblkno = 0; cblkno < band->cblknx * band->cblkny; cblkno++){
 804                     J2kCblk *cblk = band->cblk + cblkno;
 805
 806                     cblk->ninclpasses = getcut(cblk, s->lambda,
 807                             (int64_t)dwt_norms[codsty->transform][bandpos][lev] * (int64_t)band->stepsize >> 13);
 808                 }
 809             }
 810         }
 811     }
 812 }
 813
 814 static int encode_tile(J2kEncoderContext *s, J2kTile *tile, int tileno)
 815 {
 816     int compno, reslevelno, bandno, ret;
 817     J2kT1Context t1;
 818     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 819     for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 820         J2kComponent *comp = s->tile[tileno].comp + compno;
 821
 822         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,"dwt\n");
 823         if (ret = ff_dwt_encode(&comp->dwt, comp->data))
 824             return ret;
 825         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,"after dwt -> tier1\n");
 826
 827         for (reslevelno = 0; reslevelno < codsty->nreslevels; reslevelno++){
 828             J2kResLevel *reslevel = comp->reslevel + reslevelno;
 829
 830             for (bandno = 0; bandno < reslevel->nbands ; bandno++){
 831                 J2kBand *band = reslevel->band + bandno;
 832                 int cblkx, cblky, cblkno=0, xx0, x0, xx1, y0, yy0, yy1, bandpos;
 833                 yy0 = bandno == 0 ? 0 : comp->reslevel[reslevelno-1].coord[1][1] - comp->reslevel[reslevelno-1].coord[1][0];
 834                 y0 = yy0;
 835                 yy1 = FFMIN(ff_j2k_ceildiv(band->coord[1][0] + 1, band->codeblock_height) * band->codeblock_height,
 836                             band->coord[1][1]) - band->coord[1][0] + yy0;
 837
 838                 if (band->coord[0][0] == band->coord[0][1] || band->coord[1][0] == band->coord[1][1])
 839                     continue;
 840
 841                 bandpos = bandno + (reslevelno > 0);
 842
 843                 for (cblky = 0; cblky < band->cblkny; cblky++){
 844                     if (reslevelno == 0 || bandno == 1)
 845                         xx0 = 0;
 846                     else
 847                         xx0 = comp->reslevel[reslevelno-1].coord[0][1] - comp->reslevel[reslevelno-1].coord[0][0];
 848                     x0 = xx0;
 849                     xx1 = FFMIN(ff_j2k_ceildiv(band->coord[0][0] + 1, band->codeblock_width) * band->codeblock_width,
 850                                 band->coord[0][1]) - band->coord[0][0] + xx0;
 851
 852                     for (cblkx = 0; cblkx < band->cblknx; cblkx++, cblkno++){
 853                         int y, x;
 854                         if (codsty->transform == FF_DWT53){
 855                             for (y = yy0; y < yy1; y++){
 856                                 int *ptr = t1.data[y-yy0];
 857                                 for (x = xx0; x < xx1; x++){
 858                                     *ptr++ = comp->data[(comp->coord[0][1] - comp->coord[0][0]) * y + x] << NMSEDEC_FRACBITS;
 859                                 }
 860                             }
 861                         } else{
 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]);
 866                                     *ptr++ = (int64_t)*ptr * (int64_t)(8192 * 8192 / band->stepsize) >> 13 - NMSEDEC_FRACBITS;
 867                                 }
 868                             }
 869                         }
 870                         encode_cblk(s, &t1, band->cblk + cblkno, tile, xx1 - xx0, yy1 - yy0,
 871                                     bandpos, codsty->nreslevels - reslevelno - 1);
 872                         xx0 = xx1;
 873                         xx1 = FFMIN(xx1 + band->codeblock_width, band->coord[0][1] - band->coord[0][0] + x0);
 874                     }
 875                     yy0 = yy1;
 876                     yy1 = FFMIN(yy1 + band->codeblock_height, band->coord[1][1] - band->coord[1][0] + y0);
 877                 }
 878             }
 879         }
 880         av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after tier1\n");
 881     }
 882
 883     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "rate control\n");
 884     truncpasses(s, tile);
 885     if (ret = encode_packets(s, tile, tileno))
 886         return ret;
 887     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after rate control\n");
 888     return 0;
 889 }
 890
 891 void cleanup(J2kEncoderContext *s)
 892 {
 893     int tileno, compno;
 894     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 895
 896     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 897         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++){
 898             J2kComponent *comp = s->tile[tileno].comp + compno;
 899             ff_j2k_cleanup(comp, codsty);
 900         }
 901         av_freep(&s->tile[tileno].comp);
 902     }
 903     av_freep(&s->tile);
 904 }
 905
 906 static void reinit(J2kEncoderContext *s)
 907 {
 908     int tileno, compno;
 909     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 910         J2kTile *tile = s->tile + tileno;
 911         for (compno = 0; compno < s->ncomponents; compno++)
 912             ff_j2k_reinit(tile->comp + compno, &s->codsty);
 913     }
 914 }
 915
 916 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx,
 917                         uint8_t *buf, int buf_size,
 918                         void *data)
 919 {
 920     int tileno, ret;
 921     J2kEncoderContext *s = avctx->priv_data;
 922
 923     // init:
 924     s->buf = s->buf_start = buf;
 925     s->buf_end = buf + buf_size;
 926
 927     s->picture = data;
 928
 929     s->lambda = s->picture->quality * LAMBDA_SCALE;
 930
 931     copy_frame(s);
 932     reinit(s);
 933
 934     if (s->buf_end - s->buf < 2)
 935         return -1;
 936     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SOC);
 937     if (ret = put_siz(s))
 938         return ret;
 939     if (ret = put_cod(s))
 940         return ret;
 941     if (ret = put_qcd(s, 0))
 942         return ret;
 943
 944     for (tileno = 0; tileno < s->numXtiles * s->numYtiles; tileno++){
 945         uint8_t *psotptr;
 946         if ((psotptr = put_sot(s, tileno)) < 0)
 947             return psotptr;
 948         if (s->buf_end - s->buf < 2)
 949             return -1;
 950         bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_SOD);
 951         if (ret = encode_tile(s, s->tile + tileno, tileno))
 952             return ret;
 953         bytestream_put_be32(&psotptr, s->buf - psotptr + 6);
 954     }
 955     if (s->buf_end - s->buf < 2)
 956         return -1;
 957     bytestream_put_be16(&s->buf, J2K_EOC);
 958
 959     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "end\n");
 960     return s->buf - s->buf_start;
 961 }
 962
 963 static av_cold int j2kenc_init(AVCodecContext *avctx)
 964 {
 965     int i, ret;
 966     J2kEncoderContext *s = avctx->priv_data;
 967     J2kCodingStyle *codsty = &s->codsty;
 968     J2kQuantStyle  *qntsty = &s->qntsty;
 969
 970     s->avctx = avctx;
 971     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "init\n");
 972
 973     // defaults:
 974     // TODO: implement setting non-standard precinct size
 975     codsty->log2_prec_width  = 15;
 976     codsty->log2_prec_height = 15;
 977     codsty->nreslevels       = 7;
 978     codsty->log2_cblk_width  = 4;
 979     codsty->log2_cblk_height = 4;
 980     codsty->transform        = 1;
 981
 982     qntsty->nguardbits       = 1;
 983
 984     s->tile_width            = 256;
 985     s->tile_height           = 256;
 986
 987     if (codsty->transform == FF_DWT53)
 988         qntsty->quantsty = J2K_QSTY_NONE;
 989     else
 990         qntsty->quantsty = J2K_QSTY_SE;
 991
 992     s->width = avctx->width;
 993     s->height = avctx->height;
 994
 995     for (i = 0; i < 3; i++)
 996         s->cbps[i] = 8;
 997
 998     if (avctx->pix_fmt == PIX_FMT_RGB24){
 999         s->ncomponents = 3;
1000     } else if (avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY8){
1001         s->ncomponents = 1;
1002     } else{ // planar YUV
1003         s->planar = 1;
1004         s->ncomponents = 3;
1005         avcodec_get_chroma_sub_sample(avctx->pix_fmt,
1006                 s->chroma_shift, s->chroma_shift + 1);
1007     }
1008
1009     ff_j2k_init_tier1_luts();
1010
1011     init_luts();
1012
1013     init_quantization(s);
1014     if (ret=init_tiles(s))
1015         return ret;
1016
1017     av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG, "after init\n");
1018
1019     return 0;
1020 }
1021
1022 static int j2kenc_destroy(AVCodecContext *avctx)
1023 {
1024     J2kEncoderContext *s = avctx->priv_data;
1025
1026     cleanup(s);
1027     return 0;
1028 }
1029
1030 AVCodec jpeg2000_encoder = {
1031     "j2k",
1032     CODEC_TYPE_VIDEO,
1033     CODEC_ID_JPEG2000,
1034     sizeof(J2kEncoderContext),
1035     j2kenc_init,
1036     encode_frame,
1037     j2kenc_destroy,
1038     NULL,
1039     0,
1040     .pix_fmts =
1041         (enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_RGB24,
1042                               PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV444P,
1043                               PIX_FMT_YUV410P, PIX_FMT_YUV411P,
1044                               -1}
1045 };