src/jpeg/libijg/jdsample.c

   1 /*
   2  * jdsample.c
   3  *
   4  * Copyright (C) 1991-1996, Thomas G. Lane.
   5  * This file is part of the Independent JPEG Group's software.
   6  * For conditions of distribution and use, see the accompanying README file.
   7  *
   8  * This file contains upsampling routines.
   9  *
  10  * Upsampling input data is counted in "row groups".  A row group
  11  * is defined to be (v_samp_factor * DCT_scaled_size / min_DCT_scaled_size)
  12  * sample rows of each component.  Upsampling will normally produce
  13  * max_v_samp_factor pixel rows from each row group (but this could vary
  14  * if the upsampler is applying a scale factor of its own).
  15  *
  16  * An excellent reference for image resampling is
  17  *   Digital Image Warping, George Wolberg, 1990.
  18  *   Pub. by IEEE Computer Society Press, Los Alamitos, CA. ISBN 0-8186-8944-7.
  19  */
  20
  21 #define JPEG_INTERNALS
  22 #include "jinclude.h"
  23 #include "jpeglib.h"
  24
  25
  26 /* Pointer to routine to upsample a single component */
  27 typedef JMETHOD(void, upsample1_ptr,
  28     (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
  29      JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr));
  30
  31 /* Private subobject */
  32
  33 typedef struct {
  34   struct jpeg_upsampler pub;  /* public fields */
  35
  36   /* Color conversion buffer.  When using separate upsampling and color
  37    * conversion steps, this buffer holds one upsampled row group until it
  38    * has been color converted and output.
  39    * Note: we do not allocate any storage for component(s) which are full-size,
  40    * ie do not need rescaling.  The corresponding entry of color_buf[] is
  41    * simply set to point to the input data array, thereby avoiding copying.
  42    */
  43   JSAMPARRAY color_buf[MAX_COMPONENTS];
  44
  45   /* Per-component upsampling method pointers */
  46   upsample1_ptr methods[MAX_COMPONENTS];
  47
  48   int next_row_out;    /* counts rows emitted from color_buf */
  49   JDIMENSION rows_to_go;  /* counts rows remaining in image */
  50
  51   /* Height of an input row group for each component. */
  52   int rowgroup_height[MAX_COMPONENTS];
  53
  54   /* These arrays save pixel expansion factors so that int_expand need not
  55    * recompute them each time.  They are unused for other upsampling methods.
  56    */
  57   UINT8 h_expand[MAX_COMPONENTS];
  58   UINT8 v_expand[MAX_COMPONENTS];
  59 } my_upsampler;
  60
  61 typedef my_upsampler * my_upsample_ptr;
  62
  63
  64 /*
  65  * Initialize for an upsampling pass.
  66  */
  67
  68 METHODDEF(void)
  69 start_pass_upsample (j_decompress_ptr cinfo)
  70 {
  71   my_upsample_ptr upsample = (my_upsample_ptr) cinfo->upsample;
  72
  73   /* Mark the conversion buffer empty */
  74   upsample->next_row_out = cinfo->max_v_samp_factor;
  75   /* Initialize total-height counter for detecting bottom of image */
  76   upsample->rows_to_go = cinfo->output_height;
  77 }
  78
  79
  80 /*
  81  * Control routine to do upsampling (and color conversion).
  82  *
  83  * In this version we upsample each component independently.
  84  * We upsample one row group into the conversion buffer, then apply
  85  * color conversion a row at a time.
  86  */
  87
  88 METHODDEF(void)
  89 sep_upsample (j_decompress_ptr cinfo,
  90         JSAMPIMAGE input_buf, JDIMENSION *in_row_group_ctr,
  91         JDIMENSION in_row_groups_avail,
  92         JSAMPARRAY output_buf, JDIMENSION *out_row_ctr,
  93         JDIMENSION out_rows_avail)
  94 {
  95   my_upsample_ptr upsample = (my_upsample_ptr) cinfo->upsample;
  96   int ci;
  97   jpeg_component_info * compptr;
  98   JDIMENSION num_rows;
  99
 100   in_row_groups_avail = 0;
 101   /* Fill the conversion buffer, if it's empty */
 102   if (upsample->next_row_out >= cinfo->max_v_samp_factor) {
 103     for (ci = 0, compptr = cinfo->comp_info; ci < cinfo->num_components;
 104    ci++, compptr++) {
 105       /* Invoke per-component upsample method.  Notice we pass a POINTER
 106        * to color_buf[ci], so that fullsize_upsample can change it.
 107        */
 108       (*upsample->methods[ci]) (cinfo, compptr,
 109   input_buf[ci] + (*in_row_group_ctr * upsample->rowgroup_height[ci]),
 110   upsample->color_buf + ci);
 111     }
 112     upsample->next_row_out = 0;
 113   }
 114
 115   /* Color-convert and emit rows */
 116
 117   /* How many we have in the buffer: */
 118   num_rows = (JDIMENSION) (cinfo->max_v_samp_factor - upsample->next_row_out);
 119   /* Not more than the distance to the end of the image.  Need this test
 120    * in case the image height is not a multiple of max_v_samp_factor:
 121    */
 122   if (num_rows > upsample->rows_to_go)
 123     num_rows = upsample->rows_to_go;
 124   /* And not more than what the client can accept: */
 125   out_rows_avail -= *out_row_ctr;
 126   if (num_rows > out_rows_avail)
 127     num_rows = out_rows_avail;
 128
 129   (*cinfo->cconvert->color_convert) (cinfo, upsample->color_buf,
 130              (JDIMENSION) upsample->next_row_out,
 131              output_buf + *out_row_ctr,
 132              (int) num_rows);
 133
 134   /* Adjust counts */
 135   *out_row_ctr += num_rows;
 136   upsample->rows_to_go -= num_rows;
 137   upsample->next_row_out += num_rows;
 138   /* When the buffer is emptied, declare this input row group consumed */
 139   if (upsample->next_row_out >= cinfo->max_v_samp_factor)
 140     (*in_row_group_ctr)++;
 141 }
 142
 143
 144 /*
 145  * These are the routines invoked by sep_upsample to upsample pixel values
 146  * of a single component.  One row group is processed per call.
 147  */
 148
 149
 150 /*
 151  * For full-size components, we just make color_buf[ci] point at the
 152  * input buffer, and thus avoid copying any data.  Note that this is
 153  * safe only because sep_upsample doesn't declare the input row group
 154  * "consumed" until we are done color converting and emitting it.
 155  */
 156
 157 METHODDEF(void)
 158 fullsize_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 159        JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 160 {
 161   cinfo = 0;
 162   compptr = 0;
 163   *output_data_ptr = input_data;
 164 }
 165
 166
 167 /*
 168  * This is a no-op version used for "uninteresting" components.
 169  * These components will not be referenced by color conversion.
 170  */
 171
 172 METHODDEF(void)
 173 noop_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 174          JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 175 {
 176   cinfo = 0;
 177   compptr = 0;
 178   input_data = 0;
 179   *output_data_ptr = NULL;  /* safety check */
 180 }
 181
 182
 183 /*
 184  * This version handles any integral sampling ratios.
 185  * This is not used for typical JPEG files, so it need not be fast.
 186  * Nor, for that matter, is it particularly accurate: the algorithm is
 187  * simple replication of the input pixel onto the corresponding output
 188  * pixels.  The hi-falutin sampling literature refers to this as a
 189  * "box filter".  A box filter tends to introduce visible artifacts,
 190  * so if you are actually going to use 3:1 or 4:1 sampling ratios
 191  * you would be well advised to improve this code.
 192  */
 193
 194 METHODDEF(void)
 195 int_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 196         JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 197 {
 198   my_upsample_ptr upsample = (my_upsample_ptr) cinfo->upsample;
 199   JSAMPARRAY output_data = *output_data_ptr;
 200   register JSAMPROW inptr, outptr;
 201   register JSAMPLE invalue;
 202   register int h;
 203   JSAMPROW outend;
 204   int h_expand, v_expand;
 205   int inrow, outrow;
 206
 207   h_expand = upsample->h_expand[compptr->component_index];
 208   v_expand = upsample->v_expand[compptr->component_index];
 209
 210   inrow = outrow = 0;
 211   while (outrow < cinfo->max_v_samp_factor) {
 212     /* Generate one output row with proper horizontal expansion */
 213     inptr = input_data[inrow];
 214     outptr = output_data[outrow];
 215     outend = outptr + cinfo->output_width;
 216     while (outptr < outend) {
 217       invalue = *inptr++;  /* don't need GETJSAMPLE() here */
 218       for (h = h_expand; h > 0; h--) {
 219   *outptr++ = invalue;
 220       }
 221     }
 222     /* Generate any additional output rows by duplicating the first one */
 223     if (v_expand > 1) {
 224       jcopy_sample_rows(output_data, outrow, output_data, outrow+1,
 225       v_expand-1, cinfo->output_width);
 226     }
 227     inrow++;
 228     outrow += v_expand;
 229   }
 230 }
 231
 232
 233 /*
 234  * Fast processing for the common case of 2:1 horizontal and 1:1 vertical.
 235  * It's still a box filter.
 236  */
 237
 238 METHODDEF(void)
 239 h2v1_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 240          JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 241 {
 242   JSAMPARRAY output_data = *output_data_ptr;
 243   register JSAMPROW inptr, outptr;
 244   register JSAMPLE invalue;
 245   JSAMPROW outend;
 246   int inrow;
 247
 248   compptr = 0;
 249   for (inrow = 0; inrow < cinfo->max_v_samp_factor; inrow++) {
 250     inptr = input_data[inrow];
 251     outptr = output_data[inrow];
 252     outend = outptr + cinfo->output_width;
 253     while (outptr < outend) {
 254       invalue = *inptr++;  /* don't need GETJSAMPLE() here */
 255       *outptr++ = invalue;
 256       *outptr++ = invalue;
 257     }
 258   }
 259 }
 260
 261
 262 /*
 263  * Fast processing for the common case of 2:1 horizontal and 2:1 vertical.
 264  * It's still a box filter.
 265  */
 266
 267 METHODDEF(void)
 268 h2v2_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 269          JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 270 {
 271   JSAMPARRAY output_data = *output_data_ptr;
 272   register JSAMPROW inptr, outptr;
 273   register JSAMPLE invalue;
 274   JSAMPROW outend;
 275   int inrow, outrow;
 276
 277   compptr = 0;
 278   inrow = outrow = 0;
 279   while (outrow < cinfo->max_v_samp_factor) {
 280     inptr = input_data[inrow];
 281     outptr = output_data[outrow];
 282     outend = outptr + cinfo->output_width;
 283     while (outptr < outend) {
 284       invalue = *inptr++;  /* don't need GETJSAMPLE() here */
 285       *outptr++ = invalue;
 286       *outptr++ = invalue;
 287     }
 288     jcopy_sample_rows(output_data, outrow, output_data, outrow+1,
 289           1, cinfo->output_width);
 290     inrow++;
 291     outrow += 2;
 292   }
 293 }
 294
 295
 296 /*
 297  * Fancy processing for the common case of 2:1 horizontal and 1:1 vertical.
 298  *
 299  * The upsampling algorithm is linear interpolation between pixel centers,
 300  * also known as a "triangle filter".  This is a good compromise between
 301  * speed and visual quality.  The centers of the output pixels are 1/4 and 3/4
 302  * of the way between input pixel centers.
 303  *
 304  * A note about the "bias" calculations: when rounding fractional values to
 305  * integer, we do not want to always round 0.5 up to the next integer.
 306  * If we did that, we'd introduce a noticeable bias towards larger values.
 307  * Instead, this code is arranged so that 0.5 will be rounded up or down at
 308  * alternate pixel locations (a simple ordered dither pattern).
 309  */
 310
 311 METHODDEF(void)
 312 h2v1_fancy_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 313          JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 314 {
 315   JSAMPARRAY output_data = *output_data_ptr;
 316   register JSAMPROW inptr, outptr;
 317   register int invalue;
 318   register JDIMENSION colctr;
 319   int inrow;
 320
 321   for (inrow = 0; inrow < cinfo->max_v_samp_factor; inrow++) {
 322     inptr = input_data[inrow];
 323     outptr = output_data[inrow];
 324     /* Special case for first column */
 325     invalue = GETJSAMPLE(*inptr++);
 326     *outptr++ = (JSAMPLE) invalue;
 327     *outptr++ = (JSAMPLE) ((invalue * 3 + GETJSAMPLE(*inptr) + 2) >> 2);
 328
 329     for (colctr = compptr->downsampled_width - 2; colctr > 0; colctr--) {
 330       /* General case: 3/4 * nearer pixel + 1/4 * further pixel */
 331       invalue = GETJSAMPLE(*inptr++) * 3;
 332       *outptr++ = (JSAMPLE) ((invalue + GETJSAMPLE(inptr[-2]) + 1) >> 2);
 333       *outptr++ = (JSAMPLE) ((invalue + GETJSAMPLE(*inptr) + 2) >> 2);
 334     }
 335
 336     /* Special case for last column */
 337     invalue = GETJSAMPLE(*inptr);
 338     *outptr++ = (JSAMPLE) ((invalue * 3 + GETJSAMPLE(inptr[-1]) + 1) >> 2);
 339     *outptr++ = (JSAMPLE) invalue;
 340   }
 341 }
 342
 343
 344 /*
 345  * Fancy processing for the common case of 2:1 horizontal and 2:1 vertical.
 346  * Again a triangle filter; see comments for h2v1 case, above.
 347  *
 348  * It is OK for us to reference the adjacent input rows because we demanded
 349  * context from the main buffer controller (see initialization code).
 350  */
 351
 352 METHODDEF(void)
 353 h2v2_fancy_upsample (j_decompress_ptr cinfo, jpeg_component_info * compptr,
 354          JSAMPARRAY input_data, JSAMPARRAY * output_data_ptr)
 355 {
 356   JSAMPARRAY output_data = *output_data_ptr;
 357   register JSAMPROW inptr0, inptr1, outptr;
 358 #if BITS_IN_JSAMPLE == 8
 359   register int thiscolsum, lastcolsum, nextcolsum;
 360 #else
 361   register INT32 thiscolsum, lastcolsum, nextcolsum;
 362 #endif
 363   register JDIMENSION colctr;
 364   int inrow, outrow, v;
 365
 366   inrow = outrow = 0;
 367   while (outrow < cinfo->max_v_samp_factor) {
 368     for (v = 0; v < 2; v++) {
 369       /* inptr0 points to nearest input row, inptr1 points to next nearest */
 370       inptr0 = input_data[inrow];
 371       if (v == 0)    /* next nearest is row above */
 372   inptr1 = input_data[inrow-1];
 373       else      /* next nearest is row below */
 374   inptr1 = input_data[inrow+1];
 375       outptr = output_data[outrow++];
 376
 377       /* Special case for first column */
 378       thiscolsum = GETJSAMPLE(*inptr0++) * 3 + GETJSAMPLE(*inptr1++);
 379       nextcolsum = GETJSAMPLE(*inptr0++) * 3 + GETJSAMPLE(*inptr1++);
 380       *outptr++ = (JSAMPLE) ((thiscolsum * 4 + 8) >> 4);
 381       *outptr++ = (JSAMPLE) ((thiscolsum * 3 + nextcolsum + 7) >> 4);
 382       lastcolsum = thiscolsum; thiscolsum = nextcolsum;
 383
 384       for (colctr = compptr->downsampled_width - 2; colctr > 0; colctr--) {
 385   /* General case: 3/4 * nearer pixel + 1/4 * further pixel in each */
 386   /* dimension, thus 9/16, 3/16, 3/16, 1/16 overall */
 387   nextcolsum = GETJSAMPLE(*inptr0++) * 3 + GETJSAMPLE(*inptr1++);
 388   *outptr++ = (JSAMPLE) ((thiscolsum * 3 + lastcolsum + 8) >> 4);
 389   *outptr++ = (JSAMPLE) ((thiscolsum * 3 + nextcolsum + 7) >> 4);
 390   lastcolsum = thiscolsum; thiscolsum = nextcolsum;
 391       }
 392
 393       /* Special case for last column */
 394       *outptr++ = (JSAMPLE) ((thiscolsum * 3 + lastcolsum + 8) >> 4);
 395       *outptr++ = (JSAMPLE) ((thiscolsum * 4 + 7) >> 4);
 396     }
 397     inrow++;
 398   }
 399 }
 400
 401
 402 /*
 403  * Module initialization routine for upsampling.
 404  */
 405
 406 GLOBAL(void)
 407 jinit_upsampler (j_decompress_ptr cinfo)
 408 {
 409   my_upsample_ptr upsample;
 410   int ci;
 411   jpeg_component_info * compptr;
 412   boolean need_buffer, do_fancy;
 413   int h_in_group, v_in_group, h_out_group, v_out_group;
 414
 415   upsample = (my_upsample_ptr)
 416     (*cinfo->mem->alloc_small) ((j_common_ptr) cinfo, JPOOL_IMAGE,
 417         SIZEOF(my_upsampler));
 418   cinfo->upsample = (struct jpeg_upsampler *) upsample;
 419   upsample->pub.start_pass = start_pass_upsample;
 420   upsample->pub.upsample = sep_upsample;
 421   upsample->pub.need_context_rows = FALSE; /* until we find out differently */
 422
 423   if (cinfo->CCIR601_sampling)  /* this isn't supported */
 424     ERREXIT(cinfo, JERR_CCIR601_NOTIMPL);
 425
 426   /* jdmainct.c doesn't support context rows when min_DCT_scaled_size = 1,
 427    * so don't ask for it.
 428    */
 429   do_fancy = cinfo->do_fancy_upsampling && cinfo->min_DCT_scaled_size > 1;
 430
 431   /* Verify we can handle the sampling factors, select per-component methods,
 432    * and create storage as needed.
 433    */
 434   for (ci = 0, compptr = cinfo->comp_info; ci < cinfo->num_components;
 435        ci++, compptr++) {
 436     /* Compute size of an "input group" after IDCT scaling.  This many samples
 437      * are to be converted to max_h_samp_factor * max_v_samp_factor pixels.
 438      */
 439     h_in_group = (compptr->h_samp_factor * compptr->DCT_scaled_size) /
 440      cinfo->min_DCT_scaled_size;
 441     v_in_group = (compptr->v_samp_factor * compptr->DCT_scaled_size) /
 442      cinfo->min_DCT_scaled_size;
 443     h_out_group = cinfo->max_h_samp_factor;
 444     v_out_group = cinfo->max_v_samp_factor;
 445     upsample->rowgroup_height[ci] = v_in_group; /* save for use later */
 446     need_buffer = TRUE;
 447     if (! compptr->component_needed) {
 448       /* Don't bother to upsample an uninteresting component. */
 449       upsample->methods[ci] = noop_upsample;
 450       need_buffer = FALSE;
 451     } else if (h_in_group == h_out_group && v_in_group == v_out_group) {
 452       /* Fullsize components can be processed without any work. */
 453       upsample->methods[ci] = fullsize_upsample;
 454       need_buffer = FALSE;
 455     } else if (h_in_group * 2 == h_out_group &&
 456          v_in_group == v_out_group) {
 457       /* Special cases for 2h1v upsampling */
 458       if (do_fancy && compptr->downsampled_width > 2)
 459   upsample->methods[ci] = h2v1_fancy_upsample;
 460       else
 461   upsample->methods[ci] = h2v1_upsample;
 462     } else if (h_in_group * 2 == h_out_group &&
 463          v_in_group * 2 == v_out_group) {
 464       /* Special cases for 2h2v upsampling */
 465       if (do_fancy && compptr->downsampled_width > 2) {
 466   upsample->methods[ci] = h2v2_fancy_upsample;
 467   upsample->pub.need_context_rows = TRUE;
 468       } else
 469   upsample->methods[ci] = h2v2_upsample;
 470     } else if ((h_out_group % h_in_group) == 0 &&
 471          (v_out_group % v_in_group) == 0) {
 472       /* Generic integral-factors upsampling method */
 473       upsample->methods[ci] = int_upsample;
 474       upsample->h_expand[ci] = (UINT8) (h_out_group / h_in_group);
 475       upsample->v_expand[ci] = (UINT8) (v_out_group / v_in_group);
 476     } else
 477       ERREXIT(cinfo, JERR_FRACT_SAMPLE_NOTIMPL);
 478     if (need_buffer) {
 479       upsample->color_buf[ci] = (*cinfo->mem->alloc_sarray)
 480   ((j_common_ptr) cinfo, JPOOL_IMAGE,
 481    (JDIMENSION) jround_up((long) cinfo->output_width,
 482         (long) cinfo->max_h_samp_factor),
 483    (JDIMENSION) cinfo->max_v_samp_factor);
 484     }
 485   }
 486 }