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;
 214     memset(&state2, 0, sizeof(JLSState));
 215     state2.bpp = state->bpp;
 216     state2.near = state->near;
 217     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 218     if(state->T1 == state2.T1 && state->T2 == state2.T2 && state->T3 == state2.T3 && state->reset == state2.reset)
 219         return;
 220     /* store LSE type 1 */
 221     put_marker(pb, LSE);
 222     put_bits(pb, 16, 13);
 223     put_bits(pb, 8,   1);
 224     put_bits(pb, 16, state->maxval);
 225     put_bits(pb, 16, state->T1);
 226     put_bits(pb, 16, state->T2);
 227     put_bits(pb, 16, state->T3);
 228     put_bits(pb, 16, state->reset);
 229 }
 230
 231 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 232                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 233 {
 234     JpeglsContext * const s = avctx->priv_data;
 235     AVFrame * const p= (AVFrame*)&s->picture;
 236     const int near = avctx->prediction_method;
 237     PutBitContext pb, pb2;
 238     GetBitContext gb;
 239     uint8_t *buf2, *zero, *cur, *last;
 240     JLSState *state;
 241     int i, size, ret;
 242     int comps;
 243
 244     *p = *pict;
 245     p->pict_type= AV_PICTURE_TYPE_I;
 246     p->key_frame= 1;
 247
 248     if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY8 || avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16)
 249         comps = 1;
 250     else
 251         comps = 3;
 252
 253     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, avctx->width*avctx->height*comps*4 +
 254                                     FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0) {
 255         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet.\n");
 256         return ret;
 257     }
 258
 259     buf2 = av_malloc(pkt->size);
 260
 261     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
 262     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
 263
 264     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 265     put_marker(&pb, SOI);
 266     put_marker(&pb, SOF48);
 267     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 268     put_bits(&pb,  8, (avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8); // bpp
 269     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
 270     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
 271     put_bits(&pb,  8, comps);         // components
 272     for(i = 1; i <= comps; i++) {
 273         put_bits(&pb,  8, i);    // component ID
 274         put_bits(&pb,  8, 0x11); // subsampling: none
 275         put_bits(&pb,  8, 0);    // Tiq, used by JPEG-LS ext
 276     }
 277
 278     put_marker(&pb, SOS);
 279     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
 280     put_bits(&pb,  8, comps);
 281     for(i = 1; i <= comps; i++) {
 282         put_bits(&pb,  8, i);  // component ID
 283         put_bits(&pb,  8, 0);  // mapping index: none
 284     }
 285     put_bits(&pb,  8, near);
 286     put_bits(&pb,  8, (comps > 1) ? 1 : 0); // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 287     put_bits(&pb,  8, 0); // point transform: none
 288
 289     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
 290     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 291     state->near = near;
 292     state->bpp = (avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 293     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
 294     ff_jpegls_init_state(state);
 295
 296     ls_store_lse(state, &pb);
 297
 298     zero = av_mallocz(p->linesize[0]);
 299     last = zero;
 300     cur = p->data[0];
 301     if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY8){
 302         int t = 0;
 303
 304         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 305             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0,  8);
 306             t = last[0];
 307             last = cur;
 308             cur += p->linesize[0];
 309         }
 310     }else if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_GRAY16){
 311         int t = 0;
 312
 313         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 314             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 315             t = *((uint16_t*)last);
 316             last = cur;
 317             cur += p->linesize[0];
 318         }
 319     }else if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_RGB24){
 320         int j, width;
 321         int Rc[3] = {0, 0, 0};
 322
 323         width = avctx->width * 3;
 324         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 325             for(j = 0; j < 3; j++) {
 326                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j], width, 3, j, 8);
 327                 Rc[j] = last[j];
 328             }
 329             last = cur;
 330             cur += s->picture.linesize[0];
 331         }
 332     }else if(avctx->pix_fmt == PIX_FMT_BGR24){
 333         int j, width;
 334         int Rc[3] = {0, 0, 0};
 335
 336         width = avctx->width * 3;
 337         for(i = 0; i < avctx->height; i++) {
 338             for(j = 2; j >= 0; j--) {
 339                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j], width, 3, j, 8);
 340                 Rc[j] = last[j];
 341             }
 342             last = cur;
 343             cur += s->picture.linesize[0];
 344         }
 345     }
 346
 347     av_free(zero);
 348     av_free(state);
 349
 350     // the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in the
 351     // last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits to
 352     // avoid special-casing.
 353     put_bits(&pb2, 7, 0);
 354     size = put_bits_count(&pb2);
 355     flush_put_bits(&pb2);
 356     /* do escape coding */
 357     init_get_bits(&gb, buf2, size);
 358     size -= 7;
 359     while(get_bits_count(&gb) < size){
 360         int v;
 361         v = get_bits(&gb, 8);
 362         put_bits(&pb, 8, v);
 363         if(v == 0xFF){
 364             v = get_bits(&gb, 7);
 365             put_bits(&pb, 8, v);
 366         }
 367     }
 368     avpriv_align_put_bits(&pb);
 369     av_free(buf2);
 370
 371     /* End of image */
 372     put_marker(&pb, EOI);
 373     flush_put_bits(&pb);
 374
 375     emms_c();
 376
 377     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
 378     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 379     *got_packet = 1;
 380     return 0;
 381 }
 382
 383 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx) {
 384     JpeglsContext *c = (JpeglsContext*)ctx->priv_data;
 385
 386     c->avctx = ctx;
 387     ctx->coded_frame = &c->picture;
 388
 389     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){
 390         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
 391         return -1;
 392     }
 393     return 0;
 394 }
 395
 396 AVCodec ff_jpegls_encoder = { //FIXME avoid MPV_* lossless JPEG should not need them
 397     .name           = "jpegls",
 398     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 399     .id             = CODEC_ID_JPEGLS,
 400     .priv_data_size = sizeof(JpeglsContext),
 401     .init           = encode_init_ls,
 402     .encode2        = encode_picture_ls,
 403     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_BGR24, PIX_FMT_RGB24, PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_GRAY16, PIX_FMT_NONE},
 404     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 405 };