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 "get_bits.h"
  30 #include "put_bits.h"
  31 #include "golomb.h"
  32 #include "internal.h"
  33 #include "mathops.h"
  34 #include "mjpeg.h"
  35 #include "mjpegenc.h"
  36 #include "jpegls.h"
  37
  38 typedef struct JPEGLSContext {
  39     AVClass *class;
  40
  41     int pred;
  42 } JPEGLSContext;
  43
  44 /**
  45  * Encode error from regular symbol
  46  */
  47 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q,
  48                                      int err)
  49 {
  50     int k;
  51     int val;
  52     int map;
  53
  54     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++)
  55         ;
  56
  57     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
  58
  59     if (err < 0)
  60         err += state->range;
  61     if (err >= (state->range + 1 >> 1)) {
  62         err -= state->range;
  63         val  = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
  64     } else
  65         val = 2 * err + map;
  66
  67     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
  68
  69     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
  70 }
  71
  72 /**
  73  * Encode error from run termination
  74  */
  75 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb,
  76                                      int RItype, int err, int limit_add)
  77 {
  78     int k;
  79     int val, map;
  80     int Q = 365 + RItype;
  81     int temp;
  82
  83     temp = state->A[Q];
  84     if (RItype)
  85         temp += state->N[Q] >> 1;
  86     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++)
  87         ;
  88     map = 0;
  89     if (!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
  90         map = 1;
  91
  92     if (err < 0)
  93         val = -(2 * err) - 1 - RItype + map;
  94     else
  95         val = 2 * err - RItype - map;
  96     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
  97
  98     if (err < 0)
  99         state->B[Q]++;
 100     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
 101
 102     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
 103 }
 104
 105 /**
 106  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
 107  */
 108 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run,
 109                                  int comp, int trail)
 110 {
 111     while (run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])) {
 112         put_bits(pb, 1, 1);
 113         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
 114         if (state->run_index[comp] < 31)
 115             state->run_index[comp]++;
 116     }
 117     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
 118     if (!trail && run) {
 119         put_bits(pb, 1, 1);
 120     } else if (trail) {
 121         put_bits(pb, 1, 0);
 122         if (ff_log2_run[state->run_index[comp]])
 123             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
 124     }
 125 }
 126
 127 /**
 128  * Encode one line of image
 129  */
 130 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb,
 131                                   void *last, void *cur, int last2, int w,
 132                                   int stride, int comp, int bits)
 133 {
 134     int x = 0;
 135     int Ra, Rb, Rc, Rd;
 136     int D0, D1, D2;
 137
 138     while (x < w) {
 139         int err, pred, sign;
 140
 141         /* compute gradients */
 142         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
 143         Rb = R(last, x);
 144         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
 145         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
 146         D0 = Rd - Rb;
 147         D1 = Rb - Rc;
 148         D2 = Rc - Ra;
 149
 150         /* run mode */
 151         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
 152             (FFABS(D1) <= state->near) &&
 153             (FFABS(D2) <= state->near)) {
 154             int RUNval, RItype, run;
 155
 156             run    = 0;
 157             RUNval = Ra;
 158             while (x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)) {
 159                 run++;
 160                 W(cur, x, Ra);
 161                 x += stride;
 162             }
 163             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
 164             if (x >= w)
 165                 return;
 166             Rb     = R(last, x);
 167             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
 168             pred   = RItype ? Ra : Rb;
 169             err    = R(cur, x) - pred;
 170
 171             if (!RItype && Ra > Rb)
 172                 err = -err;
 173
 174             if (state->near) {
 175                 if (err > 0)
 176                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 177                 else
 178                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 179
 180                 if (RItype || (Rb >= Ra))
 181                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 182                 else
 183                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 184                 W(cur, x, Ra);
 185             }
 186             if (err < 0)
 187                 err += state->range;
 188             if (err >= state->range + 1 >> 1)
 189                 err -= state->range;
 190
 191             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err,
 192                               ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
 193
 194             if (state->run_index[comp] > 0)
 195                 state->run_index[comp]--;
 196         } else { /* regular mode */
 197             int context;
 198
 199             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 +
 200                       ff_jpegls_quantize(state, D1) *  9 +
 201                       ff_jpegls_quantize(state, D2);
 202             pred    = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
 203
 204             if (context < 0) {
 205                 context = -context;
 206                 sign    = 1;
 207                 pred    = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
 208                 err     = pred - R(cur, x);
 209             } else {
 210                 sign = 0;
 211                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
 212                 err  = R(cur, x) - pred;
 213             }
 214
 215             if (state->near) {
 216                 if (err > 0)
 217                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 218                 else
 219                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 220                 if (!sign)
 221                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 222                 else
 223                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 224                 W(cur, x, Ra);
 225             }
 226
 227             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
 228         }
 229         x += stride;
 230     }
 231 }
 232
 233 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb)
 234 {
 235     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
 236     JLSState state2 = { 0 };
 237     state2.bpp  = state->bpp;
 238     state2.near = state->near;
 239     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 240     if (state->T1 == state2.T1 &&
 241         state->T2 == state2.T2 &&
 242         state->T3 == state2.T3 &&
 243         state->reset == state2.reset)
 244         return;
 245     /* store LSE type 1 */
 246     put_marker(pb, LSE);
 247     put_bits(pb, 16, 13);
 248     put_bits(pb, 8, 1);
 249     put_bits(pb, 16, state->maxval);
 250     put_bits(pb, 16, state->T1);
 251     put_bits(pb, 16, state->T2);
 252     put_bits(pb, 16, state->T3);
 253     put_bits(pb, 16, state->reset);
 254 }
 255
 256 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 257                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 258 {
 259     JPEGLSContext *ctx = avctx->priv_data;
 260     const AVFrame *const p = pict;
 261     PutBitContext pb, pb2;
 262     GetBitContext gb;
 263     uint8_t *buf2 = NULL;
 264     uint8_t *zero = NULL;
 265     uint8_t *cur  = NULL;
 266     uint8_t *last = NULL;
 267     JLSState *state = NULL;
 268     int i, size, ret;
 269     int comps;
 270
 271 #if FF_API_PRIVATE_OPT
 272 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 273     if (avctx->prediction_method)
 274         ctx->pred = avctx->prediction_method;
 275 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 276 #endif
 277
 278     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
 279         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
 280         comps = 1;
 281     else
 282         comps = 3;
 283
 284     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width  *avctx->height * comps * 4 +
 285                                 AV_INPUT_BUFFER_MIN_SIZE, 0)) < 0)
 286         return ret;
 287
 288     buf2 = av_malloc(pkt->size);
 289     if (!buf2)
 290         goto memfail;
 291
 292     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
 293     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
 294
 295     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 296     put_marker(&pb, SOI);
 297     put_marker(&pb, SOF48);
 298     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 299     put_bits(&pb, 8, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
 300     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
 301     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
 302     put_bits(&pb, 8, comps);          // components
 303     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 304         put_bits(&pb, 8, i);     // component ID
 305         put_bits(&pb, 8, 0x11);  // subsampling: none
 306         put_bits(&pb, 8, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
 307     }
 308
 309     put_marker(&pb, SOS);
 310     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
 311     put_bits(&pb, 8, comps);
 312     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 313         put_bits(&pb, 8, i);   // component ID
 314         put_bits(&pb, 8, 0);   // mapping index: none
 315     }
 316     put_bits(&pb, 8, ctx->pred);
 317     put_bits(&pb, 8, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 318     put_bits(&pb, 8, 0);  // point transform: none
 319
 320     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
 321     if (!state)
 322         goto memfail;
 323
 324     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 325     state->near = ctx->pred;
 326     state->bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 327     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
 328     ff_jpegls_init_state(state);
 329
 330     ls_store_lse(state, &pb);
 331
 332     zero = last = av_mallocz(FFABS(p->linesize[0]));
 333     if (!zero)
 334         goto memfail;
 335
 336     cur  = 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             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 8);
 342             t    = last[0];
 343             last = cur;
 344             cur += 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             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 351             t    = *((uint16_t *)last);
 352             last = cur;
 353             cur += 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                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 363                                width, 3, j, 8);
 364                 Rc[j] = last[j];
 365             }
 366             last = cur;
 367             cur += 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                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 377                                width, 3, j, 8);
 378                 Rc[j] = last[j];
 379             }
 380             last = cur;
 381             cur += p->linesize[0];
 382         }
 383     }
 384
 385     av_freep(&zero);
 386     av_freep(&state);
 387
 388     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
 389      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero bits
 390      * to avoid special-casing. */
 391     put_bits(&pb2, 7, 0);
 392     size = put_bits_count(&pb2);
 393     flush_put_bits(&pb2);
 394     /* do escape coding */
 395     init_get_bits(&gb, buf2, size);
 396     size -= 7;
 397     while (get_bits_count(&gb) < size) {
 398         int v;
 399         v = get_bits(&gb, 8);
 400         put_bits(&pb, 8, v);
 401         if (v == 0xFF) {
 402             v = get_bits(&gb, 7);
 403             put_bits(&pb, 8, v);
 404         }
 405     }
 406     avpriv_align_put_bits(&pb);
 407     av_freep(&buf2);
 408
 409     /* End of image */
 410     put_marker(&pb, EOI);
 411     flush_put_bits(&pb);
 412
 413     emms_c();
 414
 415     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
 416     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 417     *got_packet = 1;
 418     return 0;
 419
 420 memfail:
 421     av_packet_unref(pkt);
 422     av_freep(&buf2);
 423     av_freep(&state);
 424     av_freep(&zero);
 425     return AVERROR(ENOMEM);
 426 }
 427
 428 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx)
 429 {
 430 #if FF_API_CODED_FRAME
 431 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 432     ctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 433     ctx->coded_frame->key_frame = 1;
 434 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 435 #endif
 436
 437     if (ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8  &&
 438         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 &&
 439         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24  &&
 440         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24) {
 441         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 442                "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
 443         return -1;
 444     }
 445     return 0;
 446 }
 447
 448 #define OFFSET(x) offsetof(JPEGLSContext, x)
 449 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 450 static const AVOption options[] = {
 451 { "pred", "Prediction method", OFFSET(pred), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, 2, VE, "pred" },
 452     { "left",   NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 453     { "plane",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 1 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 454     { "median", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = 2 }, INT_MIN, INT_MAX, VE, "pred" },
 455
 456     { NULL},
 457 };
 458
 459 static const AVClass jpegls_class = {
 460     .class_name = "jpegls",
 461     .item_name  = av_default_item_name,
 462     .option     = options,
 463     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 464 };
 465
 466 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
 467     .name           = "jpegls",
 468     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 469     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 470     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
 471     .priv_data_size = sizeof(JPEGLSContext),
 472     .priv_class     = &jpegls_class,
 473     .init           = encode_init_ls,
 474     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_FRAME_THREADS | AV_CODEC_CAP_INTRA_ONLY,
 475     .encode2        = encode_picture_ls,
 476     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 477         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
 478         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 479         AV_PIX_FMT_NONE
 480     },
 481     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_THREADSAFE |
 482                       FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
 483 };