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 *tmp, const void *in, int last2, int w,
 145                                   int stride, int comp, int bits)
 146 {
 147     int x = 0;
 148     int Ra = R(tmp, 0), Rb, Rc = last2, Rd;
 149     int D0, D1, D2;
 150
 151     while (x < w) {
 152         int err, pred, sign;
 153
 154         /* compute gradients */
 155         Rb = R(tmp, x);
 156         Rd = (x >= w - stride) ? R(tmp, x) : R(tmp, x + stride);
 157         D0 = Rd - Rb;
 158         D1 = Rb - Rc;
 159         D2 = Rc - Ra;
 160
 161         /* run mode */
 162         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
 163             (FFABS(D1) <= state->near) &&
 164             (FFABS(D2) <= state->near)) {
 165             int RUNval, RItype, run;
 166
 167             run    = 0;
 168             RUNval = Ra;
 169             while (x < w && (FFABS(R(in, x) - RUNval) <= state->near)) {
 170                 run++;
 171                 W(tmp, x, Ra);
 172                 x += stride;
 173             }
 174             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
 175             if (x >= w)
 176                 return;
 177             Rb     = R(tmp, x);
 178             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
 179             pred   = RItype ? Ra : Rb;
 180             err    = R(in, x) - pred;
 181
 182             if (!RItype && Ra > Rb)
 183                 err = -err;
 184
 185             if (state->near) {
 186                 if (err > 0)
 187                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 188                 else
 189                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 190
 191                 if (RItype || (Rb >= Ra))
 192                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 193                 else
 194                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 195             } else
 196                 Ra = R(in, x);
 197             W(tmp, 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(in, x);
 222             } else {
 223                 sign = 0;
 224                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
 225                 err  = R(in, 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             } else
 238                 Ra = R(in, x);
 239             W(tmp, x, Ra);
 240
 241             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
 242         }
 243         Rc = Rb;
 244         x += stride;
 245     }
 246 }
 247
 248 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutByteContext *pb)
 249 {
 250     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
 251     JLSState state2 = { 0 };
 252     state2.bpp  = state->bpp;
 253     state2.near = state->near;
 254     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 255     if (state->T1 == state2.T1 &&
 256         state->T2 == state2.T2 &&
 257         state->T3 == state2.T3 &&
 258         state->reset == state2.reset)
 259         return;
 260     /* store LSE type 1 */
 261     put_marker_byteu(pb, LSE);
 262     bytestream2_put_be16u(pb, 13);
 263     bytestream2_put_byteu(pb, 1);
 264     bytestream2_put_be16u(pb, state->maxval);
 265     bytestream2_put_be16u(pb, state->T1);
 266     bytestream2_put_be16u(pb, state->T2);
 267     bytestream2_put_be16u(pb, state->T3);
 268     bytestream2_put_be16u(pb, state->reset);
 269 }
 270
 271 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 272                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 273 {
 274     JPEGLSContext *ctx = avctx->priv_data;
 275     const AVFrame *const p = pict;
 276     PutByteContext pb;
 277     PutBitContext pb2;
 278     GetBitContext gb;
 279     const uint8_t *in;
 280     uint8_t *last = NULL;
 281     JLSState state = { 0 };
 282     int i, size, ret;
 283     int comps;
 284
 285     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
 286         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
 287         comps = 1;
 288     else
 289         comps = 3;
 290
 291     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width  *avctx->height * comps * 4 +
 292                                 AV_INPUT_BUFFER_MIN_SIZE, 0)) < 0)
 293         return ret;
 294
 295     last = av_malloc((unsigned)pkt->size + FFABS(p->linesize[0]));
 296     if (!last)
 297         return AVERROR(ENOMEM);
 298     memset(last, 0, FFABS(p->linesize[0]));
 299
 300     bytestream2_init_writer(&pb, pkt->data, pkt->size);
 301     init_put_bits(&pb2, last + FFABS(p->linesize[0]), pkt->size);
 302
 303     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 304     put_marker_byteu(&pb, SOI);
 305     put_marker_byteu(&pb, SOF48);
 306     bytestream2_put_be16u(&pb, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 307     bytestream2_put_byteu(&pb, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
 308     bytestream2_put_be16u(&pb, avctx->height);
 309     bytestream2_put_be16u(&pb, avctx->width);
 310     bytestream2_put_byteu(&pb, comps);          // components
 311     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 312         bytestream2_put_byteu(&pb, i);     // component ID
 313         bytestream2_put_byteu(&pb, 0x11);  // subsampling: none
 314         bytestream2_put_byteu(&pb, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
 315     }
 316
 317     put_marker_byteu(&pb, SOS);
 318     bytestream2_put_be16u(&pb, 6 + comps * 2);
 319     bytestream2_put_byteu(&pb, comps);
 320     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 321         bytestream2_put_byteu(&pb, i);   // component ID
 322         bytestream2_put_byteu(&pb, 0);   // mapping index: none
 323     }
 324     bytestream2_put_byteu(&pb, ctx->pred);
 325     bytestream2_put_byteu(&pb, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 326     bytestream2_put_byteu(&pb, 0);  // point transform: none
 327
 328     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 329     state.near = ctx->pred;
 330     state.bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 331     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state, 0);
 332     ff_jpegls_init_state(&state);
 333
 334     ls_store_lse(&state, &pb);
 335
 336     in = p->data[0];
 337     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8) {
 338         int t = 0;
 339
 340         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 341             int last0 = last[0];
 342             ls_encode_line(&state, &pb2, last, in, t, avctx->width, 1, 0, 8);
 343             t   = last0;
 344             in += p->linesize[0];
 345         }
 346     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) {
 347         int t = 0;
 348
 349         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 350             int last0 = *((uint16_t *)last);
 351             ls_encode_line(&state, &pb2, last, in, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 352             t   = last0;
 353             in += p->linesize[0];
 354         }
 355     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24) {
 356         int j, width;
 357         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 358
 359         width = avctx->width * 3;
 360         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 361             for (j = 0; j < 3; j++) {
 362                 int last0 = last[j];
 363                 ls_encode_line(&state, &pb2, last + j, in + j, Rc[j],
 364                                width, 3, j, 8);
 365                 Rc[j] = last0;
 366             }
 367             in += p->linesize[0];
 368         }
 369     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24) {
 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 = 2; j >= 0; j--) {
 376                 int last0 = last[j];
 377                 ls_encode_line(&state, &pb2, last + j, in + j, Rc[j],
 378                                width, 3, j, 8);
 379                 Rc[j] = last0;
 380             }
 381             in += p->linesize[0];
 382         }
 383     }
 384
 385     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
 386      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero bits
 387      * to avoid special-casing. */
 388     put_bits(&pb2, 7, 0);
 389     size = put_bits_count(&pb2);
 390     flush_put_bits(&pb2);
 391     /* do escape coding */
 392     init_get_bits(&gb, pb2.buf, size);
 393     size -= 7;
 394     while (get_bits_count(&gb) < size) {
 395         int v;
 396         v = get_bits(&gb, 8);
 397         bytestream2_put_byte(&pb, v);
 398         if (v == 0xFF) {
 399             v = get_bits(&gb, 7);
 400             bytestream2_put_byte(&pb, v);
 401         }
 402     }
 403     av_freep(&last);
 404
 405     /* End of image */
 406     put_marker_byte(&pb, EOI);
 407
 408     emms_c();
 409
 410     pkt->size   = bytestream2_tell_p(&pb);
 411     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 412     *got_packet = 1;
 413     return 0;
 414 }
 415
 416 #define OFFSET(x) offsetof(JPEGLSContext, x)
 417 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 418 static const AVOption options[] = {
 419 { "pred", "Prediction method", OFFSET(pred), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, 2, VE, "pred" },
 420     { "left",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 421     { "plane",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 1 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 422     { "median", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 2 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 423
 424     { NULL},
 425 };
 426
 427 static const AVClass jpegls_class = {
 428     .class_name = "jpegls",
 429     .item_name  = av_default_item_name,
 430     .option     = options,
 431     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 432 };
 433
 434 const AVCodec ff_jpegls_encoder = {
 435     .name           = "jpegls",
 436     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 437     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 438     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
 439     .priv_data_size = sizeof(JPEGLSContext),
 440     .priv_class     = &jpegls_class,
 441     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_FRAME_THREADS,
 442     .encode2        = encode_picture_ls,
 443     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 444         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
 445         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 446         AV_PIX_FMT_NONE
 447     },
 448     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE |
 449                       FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
 450 };