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