src/j2k.cc

   1 /*
   2     Copyright (C) 2012-2015 Carl Hetherington <cth@carlh.net>
   3
   4     This program is free software; you can redistribute it and/or modify
   5     it under the terms of the GNU General Public License as published by
   6     the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
   7     (at your option) any later version.
   8
   9     This program is distributed in the hope that it will be useful,
  10     but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11     MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  12     GNU General Public License for more details.
  13
  14     You should have received a copy of the GNU General Public License
  15     along with this program; if not, write to the Free Software
  16     Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
  17
  18 */
  19
  20 #include "j2k.h"
  21 #include "exceptions.h"
  22 #include "openjpeg_image.h"
  23 #include "data.h"
  24 #include "dcp_assert.h"
  25 #include "compose.hpp"
  26 #include <openjpeg.h>
  27 #include <cmath>
  28
  29 using std::min;
  30 using std::pow;
  31 using boost::shared_ptr;
  32 using boost::shared_array;
  33 using namespace dcp;
  34
  35 shared_ptr<dcp::OpenJPEGImage>
  36 dcp::decompress_j2k (Data data, int reduce)
  37 {
  38         return dcp::decompress_j2k (data.data().get(), data.size(), reduce);
  39 }
  40
  41 class ReadBuffer
  42 {
  43 public:
  44         ReadBuffer (uint8_t* data, int64_t size)
  45                 : _data (data)
  46                 , _size (size)
  47                 , _offset (0)
  48         {}
  49
  50         OPJ_SIZE_T read (void* buffer, OPJ_SIZE_T nb_bytes)
  51         {
  52                 int64_t N = min (nb_bytes, _size - _offset);
  53                 memcpy (buffer, _data + _offset, N);
  54                 _offset += N;
  55                 return N;
  56         }
  57
  58 private:
  59         uint8_t* _data;
  60         OPJ_SIZE_T _size;
  61         OPJ_SIZE_T _offset;
  62 };
  63
  64 static OPJ_SIZE_T
  65 read_function (void* buffer, OPJ_SIZE_T nb_bytes, void* data)
  66 {
  67         return reinterpret_cast<ReadBuffer*>(data)->read (buffer, nb_bytes);
  68 }
  69
  70 static void
  71 read_free_function (void* data)
  72 {
  73         delete reinterpret_cast<ReadBuffer*>(data);
  74 }
  75
  76 /** Decompress a JPEG2000 image to a bitmap.
  77  *  @param data JPEG2000 data.
  78  *  @param size Size of data in bytes.
  79  *  @param reduce A power of 2 by which to reduce the size of the decoded image;
  80  *  e.g. 0 reduces by (2^0 == 1), ie keeping the same size.
  81  *       1 reduces by (2^1 == 2), ie halving the size of the image.
  82  *  This is useful for scaling 4K DCP images down to 2K.
  83  *  @return OpenJPEGImage.
  84  */
  85 shared_ptr<dcp::OpenJPEGImage>
  86 dcp::decompress_j2k (uint8_t* data, int64_t size, int reduce)
  87 {
  88         uint8_t const jp2_magic[] = {
  89                 0x00,
  90                 0x00,
  91                 0x00,
  92                 0x0c,
  93                 'j',
  94                 'P',
  95                 0x20,
  96                 0x20
  97         };
  98
  99         OPJ_CODEC_FORMAT format = OPJ_CODEC_J2K;
 100         if (size >= int (sizeof (jp2_magic)) && memcmp (data, jp2_magic, sizeof (jp2_magic)) == 0) {
 101                 format = OPJ_CODEC_JP2;
 102         }
 103
 104         opj_codec_t* decoder = opj_create_decompress (format);
 105         if (!decoder) {
 106                 boost::throw_exception (DCPReadError ("could not create JPEG2000 decompresser"));
 107         }
 108         opj_dparameters_t parameters;
 109         opj_set_default_decoder_parameters (&parameters);
 110         parameters.cp_reduce = reduce;
 111         opj_setup_decoder (decoder, &parameters);
 112
 113         opj_stream_t* stream = opj_stream_default_create (OPJ_TRUE);
 114         if (!stream) {
 115                 throw MiscError ("could not create JPEG2000 stream");
 116         }
 117
 118         opj_stream_set_read_function (stream, read_function);
 119         ReadBuffer* buffer = new ReadBuffer (data, size);
 120         opj_stream_set_user_data (stream, buffer, read_free_function);
 121         opj_stream_set_user_data_length (stream, size);
 122
 123         opj_image_t* image = 0;
 124         opj_read_header (stream, decoder, &image);
 125         if (opj_decode (decoder, stream, image) == OPJ_FALSE) {
 126                 opj_destroy_codec (decoder);
 127                 opj_stream_destroy (stream);
 128                 if (format == OPJ_CODEC_J2K) {
 129                         boost::throw_exception (DCPReadError (String::compose ("could not decode JPEG2000 codestream of %1 bytes.", size)));
 130                 } else {
 131                         boost::throw_exception (DCPReadError (String::compose ("could not decode JP2 file of %1 bytes.", size)));
 132                 }
 133         }
 134
 135         opj_destroy_codec (decoder);
 136         opj_stream_destroy (stream);
 137
 138         image->x1 = rint (float(image->x1) / pow (2, reduce));
 139         image->y1 = rint (float(image->y1) / pow (2, reduce));
 140         return shared_ptr<OpenJPEGImage> (new OpenJPEGImage (image));
 141 }
 142
 143 class WriteBuffer
 144 {
 145 public:
 146 /* XXX: is there a better strategy for this? */
 147 #define MAX_J2K_SIZE (1024 * 1024 * 2)
 148         WriteBuffer ()
 149                 : _data (shared_array<uint8_t> (new uint8_t[MAX_J2K_SIZE]), MAX_J2K_SIZE)
 150                 , _offset (0)
 151         {}
 152
 153         OPJ_SIZE_T write (void* buffer, OPJ_SIZE_T nb_bytes)
 154         {
 155                 DCP_ASSERT ((_offset + nb_bytes) < MAX_J2K_SIZE);
 156                 memcpy (_data.data().get() + _offset, buffer, nb_bytes);
 157                 _offset += nb_bytes;
 158                 return nb_bytes;
 159         }
 160
 161         Data data () const {
 162                 return _data;
 163         }
 164
 165 private:
 166         Data _data;
 167         OPJ_SIZE_T _offset;
 168 };
 169
 170 static OPJ_SIZE_T
 171 write_function (void* buffer, OPJ_SIZE_T nb_bytes, void* data)
 172 {
 173         return reinterpret_cast<WriteBuffer*>(data)->write (buffer, nb_bytes);
 174 }
 175
 176 static void
 177 write_free_function (void* data)
 178 {
 179         delete reinterpret_cast<WriteBuffer*>(data);
 180 }
 181
 182 Data
 183 dcp::compress_j2k (shared_ptr<const OpenJPEGImage> xyz, int bandwidth, int frames_per_second, bool threed, bool fourk)
 184 {
 185         /* XXX: should probably use opj_set_*_handler */
 186
 187         /* Set the max image and component sizes based on frame_rate */
 188         int max_cs_len = ((float) bandwidth) / 8 / frames_per_second;
 189         if (threed) {
 190                 /* In 3D we have only half the normal bandwidth per eye */
 191                 max_cs_len /= 2;
 192         }
 193         int const max_comp_size = max_cs_len / 1.25;
 194
 195         /* get a J2K compressor handle */
 196         opj_codec_t* encoder = opj_create_compress (OPJ_CODEC_J2K);
 197         if (encoder == 0) {
 198                 throw MiscError ("could not create JPEG2000 encoder");
 199         }
 200
 201         /* Set encoding parameters to default values */
 202         opj_cparameters_t parameters;
 203         opj_set_default_encoder_parameters (&parameters);
 204
 205         /* Set default cinema parameters */
 206         parameters.tile_size_on = OPJ_FALSE;
 207         parameters.cp_tdx = 1;
 208         parameters.cp_tdy = 1;
 209
 210         /* Tile part */
 211         parameters.tp_flag = 'C';
 212         parameters.tp_on = 1;
 213
 214         /* Tile and Image shall be at (0,0) */
 215         parameters.cp_tx0 = 0;
 216         parameters.cp_ty0 = 0;
 217         parameters.image_offset_x0 = 0;
 218         parameters.image_offset_y0 = 0;
 219
 220         /* Codeblock size = 32x32 */
 221         parameters.cblockw_init = 32;
 222         parameters.cblockh_init = 32;
 223         parameters.csty |= 0x01;
 224
 225         /* The progression order shall be CPRL */
 226         parameters.prog_order = OPJ_CPRL;
 227
 228         /* No ROI */
 229         parameters.roi_compno = -1;
 230
 231         parameters.subsampling_dx = 1;
 232         parameters.subsampling_dy = 1;
 233
 234         /* 9-7 transform */
 235         parameters.irreversible = 1;
 236
 237         parameters.tcp_rates[0] = 0;
 238         parameters.tcp_numlayers++;
 239         parameters.cp_disto_alloc = 1;
 240         parameters.cp_rsiz = fourk ? OPJ_CINEMA4K : OPJ_CINEMA2K;
 241         if (fourk) {
 242                 parameters.numpocs = 2;
 243                 parameters.POC[0].tile = 1;
 244                 parameters.POC[0].resno0 = 0;
 245                 parameters.POC[0].compno0 = 0;
 246                 parameters.POC[0].layno1 = 1;
 247                 parameters.POC[0].resno1 = parameters.numresolution - 1;
 248                 parameters.POC[0].compno1 = 3;
 249                 parameters.POC[0].prg1 = OPJ_CPRL;
 250                 parameters.POC[1].tile = 1;
 251                 parameters.POC[1].resno0 = parameters.numresolution - 1;
 252                 parameters.POC[1].compno0 = 0;
 253                 parameters.POC[1].layno1 = 1;
 254                 parameters.POC[1].resno1 = parameters.numresolution;
 255                 parameters.POC[1].compno1 = 3;
 256                 parameters.POC[1].prg1 = OPJ_CPRL;
 257         }
 258
 259         parameters.cp_comment = strdup ("libdcp");
 260         parameters.cp_cinema = fourk ? OPJ_CINEMA4K_24 : OPJ_CINEMA2K_24;
 261
 262         /* 3 components, so use MCT */
 263         parameters.tcp_mct = 1;
 264
 265         /* set max image */
 266         parameters.max_comp_size = max_comp_size;
 267         parameters.tcp_rates[0] = ((float) (3 * xyz->size().width * xyz->size().height * 12)) / (max_cs_len * 8);
 268
 269         /* Setup the encoder parameters using the current image and user parameters */
 270         opj_setup_encoder (encoder, &parameters, xyz->opj_image());
 271
 272         opj_stream_t* stream = opj_stream_default_create (OPJ_FALSE);
 273         if (!stream) {
 274                 throw MiscError ("could not create JPEG2000 stream");
 275         }
 276
 277         opj_stream_set_write_function (stream, write_function);
 278         WriteBuffer* buffer = new WriteBuffer ();
 279         opj_stream_set_user_data (stream, buffer, write_free_function);
 280
 281         if (!opj_start_compress (encoder, xyz->opj_image(), stream)) {
 282                 throw MiscError ("could not start JPEG2000 encoding");
 283         }
 284
 285         if (!opj_encode (encoder, stream)) {
 286                 opj_destroy_codec (encoder);
 287                 opj_stream_destroy (stream);
 288                 throw MiscError ("JPEG2000 encoding failed");
 289         }
 290
 291         if (!opj_end_compress (encoder, stream)) {
 292                 throw MiscError ("could not end JPEG2000 encoding");
 293         }
 294
 295         Data enc (buffer->data ());
 296
 297         free (parameters.cp_comment);
 298         opj_destroy_codec (encoder);
 299         opj_stream_destroy (stream);
 300
 301         return enc;
 302 }