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 "jpegls.h"
  36
  37 /**
  38  * Encode error from regular symbol
  39  */
  40 static inline void ls_encode_regular(JLSState *state, PutBitContext *pb, int Q,
  41                                      int err)
  42 {
  43     int k;
  44     int val;
  45     int map;
  46
  47     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < state->A[Q]; k++)
  48         ;
  49
  50     map = !state->near && !k && (2 * state->B[Q] <= -state->N[Q]);
  51
  52     if (err < 0)
  53         err += state->range;
  54     if (err >= (state->range + 1 >> 1)) {
  55         err -= state->range;
  56         val  = 2 * FFABS(err) - 1 - map;
  57     } else
  58         val = 2 * err + map;
  59
  60     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit, state->qbpp);
  61
  62     ff_jpegls_update_state_regular(state, Q, err);
  63 }
  64
  65 /**
  66  * Encode error from run termination
  67  */
  68 static inline void ls_encode_runterm(JLSState *state, PutBitContext *pb,
  69                                      int RItype, int err, int limit_add)
  70 {
  71     int k;
  72     int val, map;
  73     int Q = 365 + RItype;
  74     int temp;
  75
  76     temp = state->A[Q];
  77     if (RItype)
  78         temp += state->N[Q] >> 1;
  79     for (k = 0; (state->N[Q] << k) < temp; k++)
  80         ;
  81     map = 0;
  82     if (!k && err && (2 * state->B[Q] < state->N[Q]))
  83         map = 1;
  84
  85     if (err < 0)
  86         val = -(2 * err) - 1 - RItype + map;
  87     else
  88         val = 2 * err - RItype - map;
  89     set_ur_golomb_jpegls(pb, val, k, state->limit - limit_add - 1, state->qbpp);
  90
  91     if (err < 0)
  92         state->B[Q]++;
  93     state->A[Q] += (val + 1 - RItype) >> 1;
  94
  95     ff_jpegls_downscale_state(state, Q);
  96 }
  97
  98 /**
  99  * Encode run value as specified by JPEG-LS standard
 100  */
 101 static inline void ls_encode_run(JLSState *state, PutBitContext *pb, int run,
 102                                  int comp, int trail)
 103 {
 104     while (run >= (1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]])) {
 105         put_bits(pb, 1, 1);
 106         run -= 1 << ff_log2_run[state->run_index[comp]];
 107         if (state->run_index[comp] < 31)
 108             state->run_index[comp]++;
 109     }
 110     /* if hit EOL, encode another full run, else encode aborted run */
 111     if (!trail && run) {
 112         put_bits(pb, 1, 1);
 113     } else if (trail) {
 114         put_bits(pb, 1, 0);
 115         if (ff_log2_run[state->run_index[comp]])
 116             put_bits(pb, ff_log2_run[state->run_index[comp]], run);
 117     }
 118 }
 119
 120 /**
 121  * Encode one line of image
 122  */
 123 static inline void ls_encode_line(JLSState *state, PutBitContext *pb,
 124                                   void *last, void *cur, int last2, int w,
 125                                   int stride, int comp, int bits)
 126 {
 127     int x = 0;
 128     int Ra, Rb, Rc, Rd;
 129     int D0, D1, D2;
 130
 131     while (x < w) {
 132         int err, pred, sign;
 133
 134         /* compute gradients */
 135         Ra = x ? R(cur, x - stride) : R(last, x);
 136         Rb = R(last, x);
 137         Rc = x ? R(last, x - stride) : last2;
 138         Rd = (x >= w - stride) ? R(last, x) : R(last, x + stride);
 139         D0 = Rd - Rb;
 140         D1 = Rb - Rc;
 141         D2 = Rc - Ra;
 142
 143         /* run mode */
 144         if ((FFABS(D0) <= state->near) &&
 145             (FFABS(D1) <= state->near) &&
 146             (FFABS(D2) <= state->near)) {
 147             int RUNval, RItype, run;
 148
 149             run    = 0;
 150             RUNval = Ra;
 151             while (x < w && (FFABS(R(cur, x) - RUNval) <= state->near)) {
 152                 run++;
 153                 W(cur, x, Ra);
 154                 x += stride;
 155             }
 156             ls_encode_run(state, pb, run, comp, x < w);
 157             if (x >= w)
 158                 return;
 159             Rb     = R(last, x);
 160             RItype = FFABS(Ra - Rb) <= state->near;
 161             pred   = RItype ? Ra : Rb;
 162             err    = R(cur, x) - pred;
 163
 164             if (!RItype && Ra > Rb)
 165                 err = -err;
 166
 167             if (state->near) {
 168                 if (err > 0)
 169                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 170                 else
 171                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 172
 173                 if (RItype || (Rb >= Ra))
 174                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 175                 else
 176                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 177                 W(cur, x, Ra);
 178             }
 179             if (err < 0)
 180                 err += state->range;
 181             if (err >= state->range + 1 >> 1)
 182                 err -= state->range;
 183
 184             ls_encode_runterm(state, pb, RItype, err,
 185                               ff_log2_run[state->run_index[comp]]);
 186
 187             if (state->run_index[comp] > 0)
 188                 state->run_index[comp]--;
 189         } else { /* regular mode */
 190             int context;
 191
 192             context = ff_jpegls_quantize(state, D0) * 81 +
 193                       ff_jpegls_quantize(state, D1) *  9 +
 194                       ff_jpegls_quantize(state, D2);
 195             pred    = mid_pred(Ra, Ra + Rb - Rc, Rb);
 196
 197             if (context < 0) {
 198                 context = -context;
 199                 sign    = 1;
 200                 pred    = av_clip(pred - state->C[context], 0, state->maxval);
 201                 err     = pred - R(cur, x);
 202             } else {
 203                 sign = 0;
 204                 pred = av_clip(pred + state->C[context], 0, state->maxval);
 205                 err  = R(cur, x) - pred;
 206             }
 207
 208             if (state->near) {
 209                 if (err > 0)
 210                     err =  (state->near + err) / state->twonear;
 211                 else
 212                     err = -(state->near - err) / state->twonear;
 213                 if (!sign)
 214                     Ra = av_clip(pred + err * state->twonear, 0, state->maxval);
 215                 else
 216                     Ra = av_clip(pred - err * state->twonear, 0, state->maxval);
 217                 W(cur, x, Ra);
 218             }
 219
 220             ls_encode_regular(state, pb, context, err);
 221         }
 222         x += stride;
 223     }
 224 }
 225
 226 static void ls_store_lse(JLSState *state, PutBitContext *pb)
 227 {
 228     /* Test if we have default params and don't need to store LSE */
 229     JLSState state2 = { 0 };
 230     state2.bpp  = state->bpp;
 231     state2.near = state->near;
 232     ff_jpegls_reset_coding_parameters(&state2, 1);
 233     if (state->T1 == state2.T1 &&
 234         state->T2 == state2.T2 &&
 235         state->T3 == state2.T3 &&
 236         state->reset == state2.reset)
 237         return;
 238     /* store LSE type 1 */
 239     put_marker(pb, LSE);
 240     put_bits(pb, 16, 13);
 241     put_bits(pb, 8, 1);
 242     put_bits(pb, 16, state->maxval);
 243     put_bits(pb, 16, state->T1);
 244     put_bits(pb, 16, state->T2);
 245     put_bits(pb, 16, state->T3);
 246     put_bits(pb, 16, state->reset);
 247 }
 248
 249 static int encode_picture_ls(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 250                              const AVFrame *pict, int *got_packet)
 251 {
 252     const AVFrame *const p = pict;
 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     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8 ||
 262         avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16)
 263         comps = 1;
 264     else
 265         comps = 3;
 266
 267     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, avctx->width  *avctx->height * comps * 4 +
 268                                 FF_MIN_BUFFER_SIZE)) < 0)
 269         return ret;
 270
 271     buf2 = av_malloc(pkt->size);
 272
 273     init_put_bits(&pb, pkt->data, pkt->size);
 274     init_put_bits(&pb2, buf2, pkt->size);
 275
 276     /* write our own JPEG header, can't use mjpeg_picture_header */
 277     put_marker(&pb, SOI);
 278     put_marker(&pb, SOF48);
 279     put_bits(&pb, 16, 8 + comps * 3); // header size depends on components
 280     put_bits(&pb, 8, (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8);  // bpp
 281     put_bits(&pb, 16, avctx->height);
 282     put_bits(&pb, 16, avctx->width);
 283     put_bits(&pb, 8, comps);          // components
 284     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 285         put_bits(&pb, 8, i);     // component ID
 286         put_bits(&pb, 8, 0x11);  // subsampling: none
 287         put_bits(&pb, 8, 0);     // Tiq, used by JPEG-LS ext
 288     }
 289
 290     put_marker(&pb, SOS);
 291     put_bits(&pb, 16, 6 + comps * 2);
 292     put_bits(&pb, 8, comps);
 293     for (i = 1; i <= comps; i++) {
 294         put_bits(&pb, 8, i);   // component ID
 295         put_bits(&pb, 8, 0);   // mapping index: none
 296     }
 297     put_bits(&pb, 8, near);
 298     put_bits(&pb, 8, (comps > 1) ? 1 : 0);  // interleaving: 0 - plane, 1 - line
 299     put_bits(&pb, 8, 0);  // point transform: none
 300
 301     state = av_mallocz(sizeof(JLSState));
 302     /* initialize JPEG-LS state from JPEG parameters */
 303     state->near = near;
 304     state->bpp  = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) ? 16 : 8;
 305     ff_jpegls_reset_coding_parameters(state, 0);
 306     ff_jpegls_init_state(state);
 307
 308     ls_store_lse(state, &pb);
 309
 310     zero = av_mallocz(FFABS(p->linesize[0]));
 311     if (!zero) {
 312         av_free(state);
 313         return AVERROR(ENOMEM);
 314     }
 315     last = zero;
 316     cur  = p->data[0];
 317     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY8) {
 318         int t = 0;
 319
 320         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 321             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 8);
 322             t    = last[0];
 323             last = cur;
 324             cur += p->linesize[0];
 325         }
 326     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GRAY16) {
 327         int t = 0;
 328
 329         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 330             ls_encode_line(state, &pb2, last, cur, t, avctx->width, 1, 0, 16);
 331             t    = *((uint16_t *)last);
 332             last = cur;
 333             cur += p->linesize[0];
 334         }
 335     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24) {
 336         int j, width;
 337         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 338
 339         width = avctx->width * 3;
 340         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 341             for (j = 0; j < 3; j++) {
 342                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 343                                width, 3, j, 8);
 344                 Rc[j] = last[j];
 345             }
 346             last = cur;
 347             cur += p->linesize[0];
 348         }
 349     } else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_BGR24) {
 350         int j, width;
 351         int Rc[3] = { 0, 0, 0 };
 352
 353         width = avctx->width * 3;
 354         for (i = 0; i < avctx->height; i++) {
 355             for (j = 2; j >= 0; j--) {
 356                 ls_encode_line(state, &pb2, last + j, cur + j, Rc[j],
 357                                width, 3, j, 8);
 358                 Rc[j] = last[j];
 359             }
 360             last = cur;
 361             cur += p->linesize[0];
 362         }
 363     }
 364
 365     av_freep(&zero);
 366     av_freep(&state);
 367
 368     /* the specification says that after doing 0xff escaping unused bits in
 369      * the last byte must be set to 0, so just append 7 "optional" zero-bits
 370      * to avoid special-casing. */
 371     put_bits(&pb2, 7, 0);
 372     size = put_bits_count(&pb2);
 373     flush_put_bits(&pb2);
 374     /* do escape coding */
 375     init_get_bits(&gb, buf2, size);
 376     size -= 7;
 377     while (get_bits_count(&gb) < size) {
 378         int v;
 379         v = get_bits(&gb, 8);
 380         put_bits(&pb, 8, v);
 381         if (v == 0xFF) {
 382             v = get_bits(&gb, 7);
 383             put_bits(&pb, 8, v);
 384         }
 385     }
 386     avpriv_align_put_bits(&pb);
 387     av_free(buf2);
 388
 389     /* End of image */
 390     put_marker(&pb, EOI);
 391     flush_put_bits(&pb);
 392
 393     emms_c();
 394
 395     pkt->size   = put_bits_count(&pb) >> 3;
 396     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 397     *got_packet = 1;
 398     return 0;
 399 }
 400
 401 static av_cold int encode_close(AVCodecContext *avctx)
 402 {
 403     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
 404     return 0;
 405 }
 406
 407 static av_cold int encode_init_ls(AVCodecContext *ctx)
 408 {
 409     ctx->coded_frame = av_frame_alloc();
 410     if (!ctx->coded_frame)
 411         return AVERROR(ENOMEM);
 412
 413     ctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 414     ctx->coded_frame->key_frame = 1;
 415
 416     if (ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY8  &&
 417         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GRAY16 &&
 418         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_RGB24  &&
 419         ctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_BGR24) {
 420         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR,
 421                "Only grayscale and RGB24/BGR24 images are supported\n");
 422         return -1;
 423     }
 424     return 0;
 425 }
 426
 427 AVCodec ff_jpegls_encoder = {
 428     .name           = "jpegls",
 429     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("JPEG-LS"),
 430     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 431     .id             = AV_CODEC_ID_JPEGLS,
 432     .init           = encode_init_ls,
 433     .close          = encode_close,
 434     .capabilities   = CODEC_CAP_FRAME_THREADS | CODEC_CAP_INTRA_ONLY,
 435     .encode2        = encode_picture_ls,
 436     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 437         AV_PIX_FMT_BGR24, AV_PIX_FMT_RGB24,
 438         AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_GRAY16,
 439         AV_PIX_FMT_NONE
 440     },
 441 };