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 Libav.
   7  *
   8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 "get_bits.h"
  30 #include "golomb.h"
  31 #include "internal.h"
  32 #include "mathops.h"
  33 #include "dsputil.h"
  34 #include "mjpeg.h"
  35 #include "jpegls.h"
  36
  37
  38 /**
  39  * Encode error from regular symbol
  40  */
  41 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q, int err){
  42     int k;
  43     int val;
  44     int map;
  45
  46     for(k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++);
  47
  48     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
  49
  50     if(err < 0)
  51         err += state->range;
  52     if(err >= ((state->range + 1) >> 1)) {
  53         err -= state->range;
  54         val = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
  55     } else
  56         val = 2 * err + map;
  57
  58     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
  59
  60     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
  61 }
  62
  63 /**
  64  * Encode error from run termination
  65  */
  66 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb, int RItype, int err, int limit_add){
  67     int k;
  68     int val, map;
  69     int Q = 365 + RItype;
  70     int temp;
  71
  72     temp = state->A[Q];
  73     if(RItype)
  74         temp += state->N[Q] >> 1;
  75     for(k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++);
  76     map = 0;
  77     if(!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
  78         map = 1;
  79
  80     if(err < 0)
  81         val = - (2 * err) - 1 - RItype + map;
  82     else
  83         val = 2 * err - RItype - map;
  84     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
  85
  86     if(err < 0)
  87         state->B[Q]++;
  88     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
  89
  90     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
  91 }
  92
  93 /**
  94  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
  95  */
  96 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run, int comp, int trail){
  97     while(run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])){
  98         put_bits(pb, 1, 1);
  99         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
 100         if(state->run_index[comp] < 31)
 101             state->run_index[comp]++;
 102     }
 103     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
 104     if(!trail && run) {
 105         put_bits(pb, 1, 1);
 106     }else if(trail){
 107         put_bits(pb, 1, 0);
 108         if(ff_log2_run[state->run_index[comp]])
 109             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
 110     }
 111 }
 112
 113 /**
 114  * Encode one line of image
 115  */
 116 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb, void *last, void *cur, int last2, int w, int stride, int comp, int bits){
 117     int x = 0;
 118     int Ra, Rb, Rc, Rd;
 119     int D0, D1, D2;
 120
 121     while(x < w) {
 122         int err, pred, sign;
 123
 124         /* compute gradients */
 125         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
 126         Rb = R(last, x);
 127         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
 128         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
 129         D0 = Rd - Rb;
 130         D1 = Rb - Rc;
 131         D2 = Rc - Ra;
 132
 133         /* run mode */
 134         if((FFABS(D0) <= state->near) && (FFABS(D1) <= state->near) && (FFABS(D2) <= state->near)) {
 135             int RUNval, RItype, run;
 136
 137             run = 0;
 138             RUNval = Ra;
 139             while(x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)){
 140                 run++;
 141                 W(cur, x, Ra);
 142                 x += stride;
 143             }
 144             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
 145             if(x >= w)
 146                 return;
 147             Rb = R(last, x);
 148             RItype = (FFABS(Ra - Rb) <= state->near);
 149             pred = RItype ? Ra : Rb;
 150             err = R(cur, x) - pred;
 151
 152             if(!RItype && Ra > Rb)
 153                 err = -err;
 154
 155             if(state->near){
 156                 if(err > 0)
 157                     err = (state->near + err) / state->twonear;
 158                 else
 159                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 160
 161                 if(RItype || (Rb >= Ra))
 162                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 163                 else
 164                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 165                 W(cur, x, Ra);
 166             }
 167             if(err < 0)
 168                 err += state->range;
 169             if(err >= ((state->range + 1) >> 1))
 170                 err -= state->range;
 171
 172             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err, ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
 173
 174             if(state->run_index[comp] > 0)
 175                 state->run_index[comp]--;
 176         } else { /* regular mode */
 177             int context;
 178
 179             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 + ff_jpegls_quantize(state, D1) * 9 + ff_jpegls_quantize(state, D2);
 180             pred = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
 181
 182             if(context < 0){
 183                 context = -context;
 184                 sign = 1;
 185                 pred = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
 186                 err = pred - R(cur, x);
 187             }else{
 188                 sign = 0;
 189                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
 190                 err = R(cur, x) - pred;
 191             }
 192
 193             if(state->near){
 194                 if(err > 0)
 195                     err = (state->near + err) / state->twonear;
 196                 else
 197                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 198                 if(!sign)
 199                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 200                 else
 201                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 202                 W(cur, x, Ra);
 203             }
 204
 205             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
 206         }
 207         x += stride;
 208     }
 209 }
 210
 211 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb){
 212     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
 213     JLSState state2 = { 0 };
 214     state2.bpp = state->bpp;
 215     state2.near = state->near;
 216     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 217     if(state->T1 == state2.T1 && state->T2 == state2.T2 && state->T3 == state2.T3 && state->reset == state2.reset)
 218         return;
 219     /* store LSE type 1 */
 220     put_marker(pb, LSE);
 221     put_bits(pb, 16, 13);
 222     put_bits(pb, 8,   1);
 223     put_bits(pb, 16, state->maxval);
 224     put_bits(pb, 16, state->T1);
 225     put_bits(pb, 16, state->T2);
 226     put_bits(pb, 16, state->T3);
 227     put_bits(pb, 16, state->reset);
 228 }
 229
 230 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 231                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 232 {
 233     JpeglsContext * const s = avctx->priv_data;
 234     AVFrame * const p = &s->picture;
 235     const int near = avctx->prediction_method;
 236     PutBitContext pb, pb2;
 237     GetBitContext gb;
 238     uint8_t *buf2, *zero, *cur, *last;
 239     JLSState *state;
 240     int i, size, ret;
 241     int comps;
 242
 243     *p = *pict;
 244     p->pict_type= AV_PICTURE_TYPE_I;
 245     p->key_frame= 1;
 246
 247     if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY8 || avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16)
 248         comps = 1;
 249     else
 250         comps = 3;
 251
 252     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, avctx->width*avctx->height*comps*4 +
 253                                     FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0) {
 254         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet.\n");
 255         return ret;
 256     }
 257
 258     buf2 = av_malloc(pkt->size);
 259
 260     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
 261     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
 262
 263     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 264     put_marker(&pb, SOI);
 265     put_marker(&pb, SOF48);
 266     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 267     put_bits(&pb,  8, (avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8); // bpp
 268     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
 269     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
 270     put_bits(&pb,  8, comps);         // components
 271     for(i = 1; i <= comps; i++) {
 272         put_bits(&pb,  8, i);    // component ID
 273         put_bits(&pb,  8, 0x11); // subsampling: none
 274         put_bits(&pb,  8, 0);    // Tiq, used by JPEG-LS ext
 275     }
 276
 277     put_marker(&pb, SOS);
 278     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
 279     put_bits(&pb,  8, comps);
 280     for(i = 1; i <= comps; i++) {
 281         put_bits(&pb,  8, i);  // component ID
 282         put_bits(&pb,  8, 0);  // mapping index: none
 283     }
 284     put_bits(&pb,  8, near);
 285     put_bits(&pb,  8, (comps > 1) ? 1 : 0); // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 286     put_bits(&pb,  8, 0); // point transform: none
 287
 288     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
 289     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 290     state->near = near;
 291     state->bpp = (avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 292     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
 293     ff_jpegls_init_state(state);
 294
 295     ls_store_lse(state, &pb);
 296
 297     zero = av_mallocz(p->linesize[0]);
 298     last = zero;
 299     cur = p->data[0];
 300     if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY8){
 301         int t = 0;
 302
 303         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 304             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0,  8);
 305             t = last[0];
 306             last = cur;
 307             cur += p->linesize[0];
 308         }
 309     }else if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16){
 310         int t = 0;
 311
 312         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 313             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 314             t = *((uint16_t*)last);
 315             last = cur;
 316             cur += p->linesize[0];
 317         }
 318     }else if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_RGB24){
 319         int j, width;
 320         int Rc[3] = {0, 0, 0};
 321
 322         width = avctx->width * 3;
 323         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 324             for(j = 0; j < 3; j++) {
 325                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j], width, 3, j, 8);
 326                 Rc[j] = last[j];
 327             }
 328             last = cur;
 329             cur += s->picture.linesize[0];
 330         }
 331     }else if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_BGR24){
 332         int j, width;
 333         int Rc[3] = {0, 0, 0};
 334
 335         width = avctx->width * 3;
 336         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 337             for(j = 2; j >= 0; j--) {
 338                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j], width, 3, j, 8);
 339                 Rc[j] = last[j];
 340             }
 341             last = cur;
 342             cur += s->picture.linesize[0];
 343         }
 344     }
 345
 346     av_free(zero);
 347     av_free(state);
 348
 349     // the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in the
 350     // last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits to
 351     // avoid special-casing.
 352     put_bits(&pb2, 7, 0);
 353     size = put_bits_count(&pb2);
 354     flush_put_bits(&pb2);
 355     /* do escape coding */
 356     init_get_bits(&gb, buf2, size);
 357     size -= 7;
 358     while(get_bits_count(&gb) < size){
 359         int v;
 360         v = get_bits(&gb, 8);
 361         put_bits(&pb, 8, v);
 362         if(v == 0xFF){
 363             v = get_bits(&gb, 7);
 364             put_bits(&pb, 8, v);
 365         }
 366     }
 367     avpriv_align_put_bits(&pb);
 368     av_free(buf2);
 369
 370     /* End of image */
 371     put_marker(&pb, EOI);
 372     flush_put_bits(&pb);
 373
 374     emms_c();
 375
 376     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
 377     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 378     *got_packet = 1;
 379     return 0;
 380 }
 381
 382 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx) {
 383     JpeglsContext *c = (JpeglsContext*)ctx->priv_data;
 384
 385     c->avctx = ctx;
 386     ctx->coded_frame = &c->picture;
 387
 388     if(ctx->pix_fmt != PIX_FMT_GRAY8 && ctx->pix_fmt != PIX_FMT_GRAY16 && ctx->pix_fmt != PIX_FMT_RGB24 && ctx->pix_fmt != PIX_FMT_BGR24){
 389         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
 390         return -1;
 391     }
 392     return 0;
 393 }
 394
 395 AVCodec ff_jpegls_encoder = { //FIXME avoid MPV_* lossless JPEG should not need them
 396     .name           = "jpegls",
 397     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 398     .id             = CODEC_ID_JPEGLS,
 399     .priv_data_size = sizeof(JpeglsContext),
 400     .init           = encode_init_ls,
 401     .encode2        = encode_picture_ls,
 402     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]){
 403         PIX_FMT_BGR24, PIX_FMT_RGB24, PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_GRAY16,
 404         PIX_FMT_NONE
 405     },
 406     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 407 };