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 "mjpeg.h"
  34 #include "jpegls.h"
  35
  36 /**
  37  * Encode error from regular symbol
  38  */
  39 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q,
  40                                      int err)
  41 {
  42     int k;
  43     int val;
  44     int map;
  45
  46     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++)
  47         ;
  48
  49     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
  50
  51     if (err < 0)
  52         err += state->range;
  53     if (err >= (state->range + 1 >> 1)) {
  54         err -= state->range;
  55         val  = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
  56     } else
  57         val = 2 * err + map;
  58
  59     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
  60
  61     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
  62 }
  63
  64 /**
  65  * Encode error from run termination
  66  */
  67 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb,
  68                                      int RItype, int err, int limit_add)
  69 {
  70     int k;
  71     int val, map;
  72     int Q = 365 + RItype;
  73     int temp;
  74
  75     temp = state->A[Q];
  76     if (RItype)
  77         temp += state->N[Q] >> 1;
  78     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++)
  79         ;
  80     map = 0;
  81     if (!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
  82         map = 1;
  83
  84     if (err < 0)
  85         val = -(2 * err) - 1 - RItype + map;
  86     else
  87         val = 2 * err - RItype - map;
  88     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
  89
  90     if (err < 0)
  91         state->B[Q]++;
  92     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
  93
  94     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
  95 }
  96
  97 /**
  98  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
  99  */
 100 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run,
 101                                  int comp, int trail)
 102 {
 103     while (run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])) {
 104         put_bits(pb, 1, 1);
 105         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
 106         if (state->run_index[comp] < 31)
 107             state->run_index[comp]++;
 108     }
 109     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
 110     if (!trail && run) {
 111         put_bits(pb, 1, 1);
 112     } else if (trail) {
 113         put_bits(pb, 1, 0);
 114         if (ff_log2_run[state->run_index[comp]])
 115             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
 116     }
 117 }
 118
 119 /**
 120  * Encode one line of image
 121  */
 122 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb,
 123                                   void *last, void *cur, int last2, int w,
 124                                   int stride, int comp, int bits)
 125 {
 126     int x = 0;
 127     int Ra, Rb, Rc, Rd;
 128     int D0, D1, D2;
 129
 130     while (x < w) {
 131         int err, pred, sign;
 132
 133         /* compute gradients */
 134         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
 135         Rb = R(last, x);
 136         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
 137         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
 138         D0 = Rd - Rb;
 139         D1 = Rb - Rc;
 140         D2 = Rc - Ra;
 141
 142         /* run mode */
 143         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
 144             (FFABS(D1) <= state->near) &&
 145             (FFABS(D2) <= state->near)) {
 146             int RUNval, RItype, run;
 147
 148             run    = 0;
 149             RUNval = Ra;
 150             while (x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)) {
 151                 run++;
 152                 W(cur, x, Ra);
 153                 x += stride;
 154             }
 155             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
 156             if (x >= w)
 157                 return;
 158             Rb     = R(last, x);
 159             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
 160             pred   = RItype ? Ra : Rb;
 161             err    = R(cur, x) - pred;
 162
 163             if (!RItype && Ra > Rb)
 164                 err = -err;
 165
 166             if (state->near) {
 167                 if (err > 0)
 168                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 169                 else
 170                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 171
 172                 if (RItype || (Rb >= Ra))
 173                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 174                 else
 175                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 176                 W(cur, x, Ra);
 177             }
 178             if (err < 0)
 179                 err += state->range;
 180             if (err >= state->range + 1 >> 1)
 181                 err -= state->range;
 182
 183             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err,
 184                               ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
 185
 186             if (state->run_index[comp] > 0)
 187                 state->run_index[comp]--;
 188         } else { /* regular mode */
 189             int context;
 190
 191             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 +
 192                       ff_jpegls_quantize(state, D1) *  9 +
 193                       ff_jpegls_quantize(state, D2);
 194             pred    = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
 195
 196             if (context < 0) {
 197                 context = -context;
 198                 sign    = 1;
 199                 pred    = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
 200                 err     = pred - R(cur, x);
 201             } else {
 202                 sign = 0;
 203                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
 204                 err  = R(cur, x) - pred;
 205             }
 206
 207             if (state->near) {
 208                 if (err > 0)
 209                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 210                 else
 211                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 212                 if (!sign)
 213                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 214                 else
 215                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 216                 W(cur, x, Ra);
 217             }
 218
 219             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
 220         }
 221         x += stride;
 222     }
 223 }
 224
 225 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb)
 226 {
 227     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
 228     JLSState state2 = { 0 };
 229     state2.bpp  = state->bpp;
 230     state2.near = state->near;
 231     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 232     if (state->T1 == state2.T1 &&
 233         state->T2 == state2.T2 &&
 234         state->T3 == state2.T3 &&
 235         state->reset == state2.reset)
 236         return;
 237     /* store LSE type 1 */
 238     put_marker(pb, LSE);
 239     put_bits(pb, 16, 13);
 240     put_bits(pb, 8, 1);
 241     put_bits(pb, 16, state->maxval);
 242     put_bits(pb, 16, state->T1);
 243     put_bits(pb, 16, state->T2);
 244     put_bits(pb, 16, state->T3);
 245     put_bits(pb, 16, state->reset);
 246 }
 247
 248 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 249                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 250 {
 251     JpeglsContext *const s = avctx->priv_data;
 252     AVFrame *const p       = &s->picture;
 253     const int near         = avctx->prediction_method;
 254     PutBitContext pb, pb2;
 255     GetBitContext gb;
 256     uint8_t *buf2, *zero, *cur, *last;
 257     JLSState *state;
 258     int i, size, ret;
 259     int comps;
 260
 261     *p           = *pict;
 262     p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 263     p->key_frame = 1;
 264
 265     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
 266         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
 267         comps = 1;
 268     else
 269         comps = 3;
 270
 271     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, avctx->width * avctx->height * comps * 4 +
 272                                FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0) {
 273         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet.\n");
 274         return ret;
 275     }
 276
 277     buf2 = av_malloc(pkt->size);
 278
 279     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
 280     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
 281
 282     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 283     put_marker(&pb, SOI);
 284     put_marker(&pb, SOF48);
 285     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 286     put_bits(&pb, 8, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
 287     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
 288     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
 289     put_bits(&pb, 8, comps);          // components
 290     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 291         put_bits(&pb, 8, i);     // component ID
 292         put_bits(&pb, 8, 0x11);  // subsampling: none
 293         put_bits(&pb, 8, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
 294     }
 295
 296     put_marker(&pb, SOS);
 297     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
 298     put_bits(&pb, 8, comps);
 299     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 300         put_bits(&pb, 8, i);   // component ID
 301         put_bits(&pb, 8, 0);   // mapping index: none
 302     }
 303     put_bits(&pb, 8, near);
 304     put_bits(&pb, 8, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 305     put_bits(&pb, 8, 0);  // point transform: none
 306
 307     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
 308     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 309     state->near = near;
 310     state->bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 311     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
 312     ff_jpegls_init_state(state);
 313
 314     ls_store_lse(state, &pb);
 315
 316     zero = av_mallocz(p->linesize[0]);
 317     last = zero;
 318     cur  = p->data[0];
 319     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8) {
 320         int t = 0;
 321
 322         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 323             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 8);
 324             t    = last[0];
 325             last = cur;
 326             cur += p->linesize[0];
 327         }
 328     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) {
 329         int t = 0;
 330
 331         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 332             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 333             t    = *((uint16_t *)last);
 334             last = cur;
 335             cur += p->linesize[0];
 336         }
 337     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24) {
 338         int j, width;
 339         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 340
 341         width = avctx->width * 3;
 342         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 343             for (j = 0; j < 3; j++) {
 344                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 345                                width, 3, j, 8);
 346                 Rc[j] = last[j];
 347             }
 348             last = cur;
 349             cur += s->picture.linesize[0];
 350         }
 351     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24) {
 352         int j, width;
 353         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 354
 355         width = avctx->width * 3;
 356         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 357             for (j = 2; j >= 0; j--) {
 358                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 359                                width, 3, j, 8);
 360                 Rc[j] = last[j];
 361             }
 362             last = cur;
 363             cur += s->picture.linesize[0];
 364         }
 365     }
 366
 367     av_free(zero);
 368     av_free(state);
 369
 370     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
 371      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits
 372      * to avoid special-casing. */
 373     put_bits(&pb2, 7, 0);
 374     size = put_bits_count(&pb2);
 375     flush_put_bits(&pb2);
 376     /* do escape coding */
 377     init_get_bits(&gb, buf2, size);
 378     size -= 7;
 379     while (get_bits_count(&gb) < size) {
 380         int v;
 381         v = get_bits(&gb, 8);
 382         put_bits(&pb, 8, v);
 383         if (v == 0xFF) {
 384             v = get_bits(&gb, 7);
 385             put_bits(&pb, 8, v);
 386         }
 387     }
 388     avpriv_align_put_bits(&pb);
 389     av_free(buf2);
 390
 391     /* End of image */
 392     put_marker(&pb, EOI);
 393     flush_put_bits(&pb);
 394
 395     emms_c();
 396
 397     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
 398     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 399     *got_packet = 1;
 400     return 0;
 401 }
 402
 403 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx)
 404 {
 405     JpeglsContext *c = (JpeglsContext *)ctx->priv_data;
 406
 407     c->avctx         = ctx;
 408     ctx->coded_frame = &c->picture;
 409
 410     if (ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8  &&
 411         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 &&
 412         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24  &&
 413         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24) {
 414         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 415                "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
 416         return -1;
 417     }
 418     return 0;
 419 }
 420
 421 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
 422     .name           = "jpegls",
 423     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 424     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 425     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
 426     .priv_data_size = sizeof(JpeglsContext),
 427     .init           = encode_init_ls,
 428     .encode2        = encode_picture_ls,
 429     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 430         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
 431         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 432         AV_PIX_FMT_NONE
 433     },
 434 };