git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/lagarith.c

   1 /*
   2  * Lagarith lossless decoder
   3  * Copyright (c) 2009 Nathan Caldwell <saintdev (at) gmail.com>
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Lagarith lossless decoder
  25  * @author Nathan Caldwell
  26  */
  27
  28 #include "avcodec.h"
  29 #include "get_bits.h"
  30 #include "mathops.h"
  31 #include "dsputil.h"
  32 #include "lagarithrac.h"
  33
  34 enum LagarithFrameType {
  35     FRAME_RAW           = 1,    /**< uncompressed */
  36     FRAME_U_RGB24       = 2,    /**< unaligned RGB24 */
  37     FRAME_ARITH_YUY2    = 3,    /**< arithmetic coded YUY2 */
  38     FRAME_ARITH_RGB24   = 4,    /**< arithmetic coded RGB24 */
  39     FRAME_SOLID_GRAY    = 5,    /**< solid grayscale color frame */
  40     FRAME_SOLID_COLOR   = 6,    /**< solid non-grayscale color frame */
  41     FRAME_OLD_ARITH_RGB = 7,    /**< obsolete arithmetic coded RGB (no longer encoded by upstream since version 1.1.0) */
  42     FRAME_ARITH_RGBA    = 8,    /**< arithmetic coded RGBA */
  43     FRAME_SOLID_RGBA    = 9,    /**< solid RGBA color frame */
  44     FRAME_ARITH_YV12    = 10,   /**< arithmetic coded YV12 */
  45     FRAME_REDUCED_RES   = 11,   /**< reduced resolution YV12 frame */
  46 };
  47
  48 typedef struct LagarithContext {
  49     AVCodecContext *avctx;
  50     AVFrame picture;
  51     DSPContext dsp;
  52     int zeros;                  /**< number of consecutive zero bytes encountered */
  53     int zeros_rem;              /**< number of zero bytes remaining to output */
  54     uint8_t *rgb_planes;
  55     int rgb_stride;
  56 } LagarithContext;
  57
  58 /**
  59  * Compute the 52bit mantissa of 1/(double)denom.
  60  * This crazy format uses floats in an entropy coder and we have to match x86
  61  * rounding exactly, thus ordinary floats aren't portable enough.
  62  * @param denom denominator
  63  * @return 52bit mantissa
  64  * @see softfloat_mul
  65  */
  66 static uint64_t softfloat_reciprocal(uint32_t denom)
  67 {
  68     int shift = av_log2(denom - 1) + 1;
  69     uint64_t ret = (1ULL << 52) / denom;
  70     uint64_t err = (1ULL << 52) - ret * denom;
  71     ret <<= shift;
  72     err <<= shift;
  73     err +=  denom / 2;
  74     return ret + err / denom;
  75 }
  76
  77 /**
  78  * (uint32_t)(x*f), where f has the given mantissa, and exponent 0
  79  * Used in combination with softfloat_reciprocal computes x/(double)denom.
  80  * @param x 32bit integer factor
  81  * @param mantissa mantissa of f with exponent 0
  82  * @return 32bit integer value (x*f)
  83  * @see softfloat_reciprocal
  84  */
  85 static uint32_t softfloat_mul(uint32_t x, uint64_t mantissa)
  86 {
  87     uint64_t l = x * (mantissa & 0xffffffff);
  88     uint64_t h = x * (mantissa >> 32);
  89     h += l >> 32;
  90     l &= 0xffffffff;
  91     l += 1 << av_log2(h >> 21);
  92     h += l >> 32;
  93     return h >> 20;
  94 }
  95
  96 static uint8_t lag_calc_zero_run(int8_t x)
  97 {
  98     return (x << 1) ^ (x >> 7);
  99 }
 100
 101 static int lag_decode_prob(GetBitContext *gb, uint32_t *value)
 102 {
 103     static const uint8_t series[] = { 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21 };
 104     int i;
 105     int bit     = 0;
 106     int bits    = 0;
 107     int prevbit = 0;
 108     unsigned val;
 109
 110     for (i = 0; i < 7; i++) {
 111         if (prevbit && bit)
 112             break;
 113         prevbit = bit;
 114         bit = get_bits1(gb);
 115         if (bit && !prevbit)
 116             bits += series[i];
 117     }
 118     bits--;
 119     if (bits < 0 || bits > 31) {
 120         *value = 0;
 121         return -1;
 122     } else if (bits == 0) {
 123         *value = 0;
 124         return 0;
 125     }
 126
 127     val  = get_bits_long(gb, bits);
 128     val |= 1 << bits;
 129
 130     *value = val - 1;
 131
 132     return 0;
 133 }
 134
 135 static int lag_read_prob_header(lag_rac *rac, GetBitContext *gb)
 136 {
 137     int i, j, scale_factor;
 138     unsigned prob, cumulative_target;
 139     unsigned cumul_prob = 0;
 140     unsigned scaled_cumul_prob = 0;
 141
 142     rac->prob[0] = 0;
 143     rac->prob[257] = UINT_MAX;
 144     /* Read probabilities from bitstream */
 145     for (i = 1; i < 257; i++) {
 146         if (lag_decode_prob(gb, &rac->prob[i]) < 0) {
 147             av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid probability encountered.\n");
 148             return -1;
 149         }
 150         if ((uint64_t)cumul_prob + rac->prob[i] > UINT_MAX) {
 151             av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "Integer overflow encountered in cumulative probability calculation.\n");
 152             return -1;
 153         }
 154         cumul_prob += rac->prob[i];
 155         if (!rac->prob[i]) {
 156             if (lag_decode_prob(gb, &prob)) {
 157                 av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid probability run encountered.\n");
 158                 return -1;
 159             }
 160             if (prob > 257 - i)
 161                 prob = 257 - i;
 162             for (j = 0; j < prob; j++)
 163                 rac->prob[++i] = 0;
 164         }
 165     }
 166
 167     if (!cumul_prob) {
 168         av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR, "All probabilities are 0!\n");
 169         return -1;
 170     }
 171
 172     /* Scale probabilities so cumulative probability is an even power of 2. */
 173     scale_factor = av_log2(cumul_prob);
 174
 175     if (cumul_prob & (cumul_prob - 1)) {
 176         uint64_t mul = softfloat_reciprocal(cumul_prob);
 177         for (i = 1; i < 257; i++) {
 178             rac->prob[i] = softfloat_mul(rac->prob[i], mul);
 179             scaled_cumul_prob += rac->prob[i];
 180         }
 181
 182         scale_factor++;
 183         cumulative_target = 1 << scale_factor;
 184
 185         if (scaled_cumul_prob > cumulative_target) {
 186             av_log(rac->avctx, AV_LOG_ERROR,
 187                    "Scaled probabilities are larger than target!\n");
 188             return -1;
 189         }
 190
 191         scaled_cumul_prob = cumulative_target - scaled_cumul_prob;
 192
 193         for (i = 1; scaled_cumul_prob; i = (i & 0x7f) + 1) {
 194             if (rac->prob[i]) {
 195                 rac->prob[i]++;
 196                 scaled_cumul_prob--;
 197             }
 198             /* Comment from reference source:
 199              * if (b & 0x80 == 0) {     // order of operations is 'wrong'; it has been left this way
 200              *                          // since the compression change is negligable and fixing it
 201              *                          // breaks backwards compatibilty
 202              *      b =- (signed int)b;
 203              *      b &= 0xFF;
 204              * } else {
 205              *      b++;
 206              *      b &= 0x7f;
 207              * }
 208              */
 209         }
 210     }
 211
 212     rac->scale = scale_factor;
 213
 214     /* Fill probability array with cumulative probability for each symbol. */
 215     for (i = 1; i < 257; i++)
 216         rac->prob[i] += rac->prob[i - 1];
 217
 218     return 0;
 219 }
 220
 221 static void add_lag_median_prediction(uint8_t *dst, uint8_t *src1,
 222                                       uint8_t *diff, int w, int *left,
 223                                       int *left_top)
 224 {
 225     /* This is almost identical to add_hfyu_median_prediction in dsputil.h.
 226      * However the &0xFF on the gradient predictor yealds incorrect output
 227      * for lagarith.
 228      */
 229     int i;
 230     uint8_t l, lt;
 231
 232     l  = *left;
 233     lt = *left_top;
 234
 235     for (i = 0; i < w; i++) {
 236         l = mid_pred(l, src1[i], l + src1[i] - lt) + diff[i];
 237         lt = src1[i];
 238         dst[i] = l;
 239     }
 240
 241     *left     = l;
 242     *left_top = lt;
 243 }
 244
 245 static void lag_pred_line(LagarithContext *l, uint8_t *buf,
 246                           int width, int stride, int line)
 247 {
 248     int L, TL;
 249
 250     /* Left pixel is actually prev_row[width] */
 251     L = buf[width - stride - 1];
 252     if (!line) {
 253         /* Left prediction only for first line */
 254         L = l->dsp.add_hfyu_left_prediction(buf + 1, buf + 1,
 255                                             width - 1, buf[0]);
 256         return;
 257     } else if (line == 1) {
 258         /* Second line, left predict first pixel, the rest of the line is median predicted
 259          * NOTE: In the case of RGB this pixel is top predicted */
 260         TL = l->avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUV420P ? buf[-stride] : L;
 261     } else {
 262         /* Top left is 2 rows back, last pixel */
 263         TL = buf[width - (2 * stride) - 1];
 264     }
 265
 266     add_lag_median_prediction(buf, buf - stride, buf,
 267                               width, &L, &TL);
 268 }
 269
 270 static int lag_decode_line(LagarithContext *l, lag_rac *rac,
 271                            uint8_t *dst, int width, int stride,
 272                            int esc_count)
 273 {
 274     int i = 0;
 275     int ret = 0;
 276
 277     if (!esc_count)
 278         esc_count = -1;
 279
 280     /* Output any zeros remaining from the previous run */
 281 handle_zeros:
 282     if (l->zeros_rem) {
 283         int count = FFMIN(l->zeros_rem, width - i);
 284         memset(dst + i, 0, count);
 285         i += count;
 286         l->zeros_rem -= count;
 287     }
 288
 289     while (i < width) {
 290         dst[i] = lag_get_rac(rac);
 291         ret++;
 292
 293         if (dst[i])
 294             l->zeros = 0;
 295         else
 296             l->zeros++;
 297
 298         i++;
 299         if (l->zeros == esc_count) {
 300             int index = lag_get_rac(rac);
 301             ret++;
 302
 303             l->zeros = 0;
 304
 305             l->zeros_rem = lag_calc_zero_run(index);
 306             goto handle_zeros;
 307         }
 308     }
 309     return ret;
 310 }
 311
 312 static int lag_decode_zero_run_line(LagarithContext *l, uint8_t *dst,
 313                                     const uint8_t *src, int width,
 314                                     int esc_count)
 315 {
 316     int i = 0;
 317     int count;
 318     uint8_t zero_run = 0;
 319     const uint8_t *start = src;
 320     uint8_t mask1 = -(esc_count < 2);
 321     uint8_t mask2 = -(esc_count < 3);
 322     uint8_t *end = dst + (width - 2);
 323
 324 output_zeros:
 325     if (l->zeros_rem) {
 326         count = FFMIN(l->zeros_rem, width - i);
 327         memset(dst, 0, count);
 328         l->zeros_rem -= count;
 329         dst += count;
 330     }
 331
 332     while (dst < end) {
 333         i = 0;
 334         while (!zero_run && dst + i < end) {
 335             i++;
 336             zero_run =
 337                 !(src[i] | (src[i + 1] & mask1) | (src[i + 2] & mask2));
 338         }
 339         if (zero_run) {
 340             zero_run = 0;
 341             i += esc_count;
 342             memcpy(dst, src, i);
 343             dst += i;
 344             l->zeros_rem = lag_calc_zero_run(src[i]);
 345
 346             src += i + 1;
 347             goto output_zeros;
 348         } else {
 349             memcpy(dst, src, i);
 350             src += i;
 351         }
 352     }
 353     return start - src;
 354 }
 355
 356
 357
 358 static int lag_decode_arith_plane(LagarithContext *l, uint8_t *dst,
 359                                   int width, int height, int stride,
 360                                   const uint8_t *src, int src_size)
 361 {
 362     int i = 0;
 363     int read = 0;
 364     uint32_t length;
 365     uint32_t offset = 1;
 366     int esc_count = src[0];
 367     GetBitContext gb;
 368     lag_rac rac;
 369
 370     rac.avctx = l->avctx;
 371     l->zeros = 0;
 372
 373     if (esc_count < 4) {
 374         length = width * height;
 375         if (esc_count && AV_RL32(src + 1) < length) {
 376             length = AV_RL32(src + 1);
 377             offset += 4;
 378         }
 379
 380         init_get_bits(&gb, src + offset, src_size * 8);
 381
 382         if (lag_read_prob_header(&rac, &gb) < 0)
 383             return -1;
 384
 385         lag_rac_init(&rac, &gb, length - stride);
 386
 387         for (i = 0; i < height; i++)
 388             read += lag_decode_line(l, &rac, dst + (i * stride), width,
 389                                     stride, esc_count);
 390
 391         if (read > length)
 392             av_log(l->avctx, AV_LOG_WARNING,
 393                    "Output more bytes than length (%d of %d)\n", read,
 394                    length);
 395     } else if (esc_count < 8) {
 396         esc_count -= 4;
 397         if (esc_count > 0) {
 398             /* Zero run coding only, no range coding. */
 399             for (i = 0; i < height; i++)
 400                 src += lag_decode_zero_run_line(l, dst + (i * stride), src,
 401                                                 width, esc_count);
 402         } else {
 403             /* Plane is stored uncompressed */
 404             for (i = 0; i < height; i++) {
 405                 memcpy(dst + (i * stride), src, width);
 406                 src += width;
 407             }
 408         }
 409     } else if (esc_count == 0xff) {
 410         /* Plane is a solid run of given value */
 411         for (i = 0; i < height; i++)
 412             memset(dst + i * stride, src[1], width);
 413         /* Do not apply prediction.
 414            Note: memset to 0 above, setting first value to src[1]
 415            and applying prediction gives the same result. */
 416         return 0;
 417     } else {
 418         av_log(l->avctx, AV_LOG_ERROR,
 419                "Invalid zero run escape code! (%#x)\n", esc_count);
 420         return -1;
 421     }
 422
 423     for (i = 0; i < height; i++) {
 424         lag_pred_line(l, dst, width, stride, i);
 425         dst += stride;
 426     }
 427
 428     return 0;
 429 }
 430
 431 /**
 432  * Decode a frame.
 433  * @param avctx codec context
 434  * @param data output AVFrame
 435  * @param data_size size of output data or 0 if no picture is returned
 436  * @param avpkt input packet
 437  * @return number of consumed bytes on success or negative if decode fails
 438  */
 439 static int lag_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
 440                             void *data, int *data_size, AVPacket *avpkt)
 441 {
 442     const uint8_t *buf = avpkt->data;
 443     int buf_size = avpkt->size;
 444     LagarithContext *l = avctx->priv_data;
 445     AVFrame *const p = &l->picture;
 446     uint8_t frametype = 0;
 447     uint32_t offset_gu = 0, offset_bv = 0, offset_ry = 9;
 448     int offs[4];
 449     uint8_t *srcs[4], *dst;
 450     int i, j, planes = 3;
 451
 452     AVFrame *picture = data;
 453
 454     if (p->data[0])
 455         avctx->release_buffer(avctx, p);
 456
 457     p->reference = 0;
 458     p->key_frame = 1;
 459
 460     frametype = buf[0];
 461
 462     offset_gu = AV_RL32(buf + 1);
 463     offset_bv = AV_RL32(buf + 5);
 464
 465     switch (frametype) {
 466     case FRAME_SOLID_RGBA:
 467         avctx->pix_fmt = PIX_FMT_RGB32;
 468
 469         if (avctx->get_buffer(avctx, p) < 0) {
 470             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 471             return -1;
 472         }
 473
 474         dst = p->data[0];
 475         for (j = 0; j < avctx->height; j++) {
 476             for (i = 0; i < avctx->width; i++)
 477                 AV_WN32(dst + i * 4, offset_gu);
 478             dst += p->linesize[0];
 479         }
 480         break;
 481     case FRAME_ARITH_RGBA:
 482         avctx->pix_fmt = PIX_FMT_RGB32;
 483         planes = 4;
 484         offset_ry += 4;
 485         offs[3] = AV_RL32(buf + 9);
 486     case FRAME_ARITH_RGB24:
 487         if (frametype == FRAME_ARITH_RGB24)
 488             avctx->pix_fmt = PIX_FMT_RGB24;
 489
 490         if (avctx->get_buffer(avctx, p) < 0) {
 491             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 492             return -1;
 493         }
 494
 495         offs[0] = offset_bv;
 496         offs[1] = offset_gu;
 497         offs[2] = offset_ry;
 498
 499         if (!l->rgb_planes) {
 500             l->rgb_stride = FFALIGN(avctx->width, 16);
 501             l->rgb_planes = av_malloc(l->rgb_stride * avctx->height * planes);
 502             if (!l->rgb_planes) {
 503                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cannot allocate temporary buffer\n");
 504                 return AVERROR(ENOMEM);
 505             }
 506         }
 507         for (i = 0; i < planes; i++)
 508             srcs[i] = l->rgb_planes + (i + 1) * l->rgb_stride * avctx->height - l->rgb_stride;
 509         for (i = 0; i < planes; i++)
 510             lag_decode_arith_plane(l, srcs[i],
 511                                    avctx->width, avctx->height,
 512                                    -l->rgb_stride, buf + offs[i],
 513                                    buf_size);
 514         dst = p->data[0];
 515         for (i = 0; i < planes; i++)
 516             srcs[i] = l->rgb_planes + i * l->rgb_stride * avctx->height;
 517         for (j = 0; j < avctx->height; j++) {
 518             for (i = 0; i < avctx->width; i++) {
 519                 uint8_t r, g, b, a;
 520                 r = srcs[0][i];
 521                 g = srcs[1][i];
 522                 b = srcs[2][i];
 523                 r += g;
 524                 b += g;
 525                 if (frametype == FRAME_ARITH_RGBA) {
 526                     a = srcs[3][i];
 527                     AV_WN32(dst + i * 4, MKBETAG(a, r, g, b));
 528                 } else {
 529                     dst[i * 3 + 0] = r;
 530                     dst[i * 3 + 1] = g;
 531                     dst[i * 3 + 2] = b;
 532                 }
 533             }
 534             dst += p->linesize[0];
 535             for (i = 0; i < planes; i++)
 536                 srcs[i] += l->rgb_stride;
 537         }
 538         break;
 539     case FRAME_ARITH_YV12:
 540         avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV420P;
 541
 542         if (avctx->get_buffer(avctx, p) < 0) {
 543             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
 544             return -1;
 545         }
 546
 547         lag_decode_arith_plane(l, p->data[0], avctx->width, avctx->height,
 548                                p->linesize[0], buf + offset_ry,
 549                                buf_size);
 550         lag_decode_arith_plane(l, p->data[2], avctx->width / 2,
 551                                avctx->height / 2, p->linesize[2],
 552                                buf + offset_gu, buf_size);
 553         lag_decode_arith_plane(l, p->data[1], avctx->width / 2,
 554                                avctx->height / 2, p->linesize[1],
 555                                buf + offset_bv, buf_size);
 556         break;
 557     default:
 558         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 559                "Unsupported Lagarith frame type: %#x\n", frametype);
 560         return -1;
 561     }
 562
 563     *picture = *p;
 564     *data_size = sizeof(AVFrame);
 565
 566     return buf_size;
 567 }
 568
 569 static av_cold int lag_decode_init(AVCodecContext *avctx)
 570 {
 571     LagarithContext *l = avctx->priv_data;
 572     l->avctx = avctx;
 573
 574     ff_dsputil_init(&l->dsp, avctx);
 575
 576     return 0;
 577 }
 578
 579 static av_cold int lag_decode_end(AVCodecContext *avctx)
 580 {
 581     LagarithContext *l = avctx->priv_data;
 582
 583     if (l->picture.data[0])
 584         avctx->release_buffer(avctx, &l->picture);
 585     av_freep(&l->rgb_planes);
 586
 587     return 0;
 588 }
 589
 590 AVCodec ff_lagarith_decoder = {
 591     .name           = "lagarith",
 592     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 593     .id             = CODEC_ID_LAGARITH,
 594     .priv_data_size = sizeof(LagarithContext),
 595     .init           = lag_decode_init,
 596     .close          = lag_decode_end,
 597     .decode         = lag_decode_frame,
 598     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
 599     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Lagarith lossless"),
 600 };