svq3: use hpeldsp instead of dsputil for half-pel functions.
[ffmpeg.git] / libavcodec / a64multienc.c
1 /*
2  * a64 video encoder - multicolor modes
3  * Copyright (c) 2009 Tobias Bindhammer
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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  * a64 video encoder - multicolor modes
25  */
26
27 #include "a64enc.h"
28 #include "a64colors.h"
29 #include "a64tables.h"
30 #include "elbg.h"
31 #include "internal.h"
32 #include "libavutil/common.h"
33 #include "libavutil/intreadwrite.h"
34
35 #define DITHERSTEPS   8
36 #define CHARSET_CHARS 256
37 #define INTERLACED    1
38 #define CROP_SCREENS  1
39
40 /* gray gradient */
41 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
42
43 /* other possible gradients - to be tested */
44 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
45 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
46
47 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
48 {
49     int blockx, blocky, x, y;
50     int luma = 0;
51     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
52     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
53     uint8_t *src = p->data[0];
54
55     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
56         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
57             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
58                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
59                     if(x < width && y < height) {
60                         /* build average over 2 pixels */
61                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
62                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
63                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
64                         dest[0] = luma;
65                     }
66                     dest++;
67                 }
68             }
69         }
70     }
71 }
72
73 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
74                            uint8_t *colrammap)
75 {
76     A64Context *c = avctx->priv_data;
77     uint8_t row1, row2;
78     int charpos, x, y;
79     int a, b;
80     uint8_t pix;
81     int lowdiff, highdiff;
82     int *best_cb = c->mc_best_cb;
83     static uint8_t index1[256];
84     static uint8_t index2[256];
85     static uint8_t dither[256];
86     int i;
87     int distance;
88
89     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
90     i = 0;
91     for (a=0; a < 256; a++) {
92         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
93             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
94             for(b = 0; b <= distance; b++) {
95                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
96             }
97             i++;
98         }
99         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
100         index1[a] = i;
101         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
102     }
103
104     /* and render charset */
105     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
106         lowdiff  = 0;
107         highdiff = 0;
108         for (y = 0; y < 8; y++) {
109             row1 = 0; row2 = 0;
110             for (x = 0; x < 4; x++) {
111                 pix = best_cb[y * 4 + x];
112
113                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
114                 if (index1[pix] >= 3)
115                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
116                 if (index1[pix] < 1)
117                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
118
119                 row1 <<= 2;
120
121                 if (INTERLACED) {
122                     row2 <<= 2;
123                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
124                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
125                     else
126                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
127
128                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
129                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
130                     else
131                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
132                 }
133                 else {
134                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
135                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
136                     else
137                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
138                 }
139             }
140             charset[y+0x000] = row1;
141             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
142         }
143         /* do we need to adjust pixels? */
144         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
145             if (lowdiff > highdiff) {
146                 for (x = 0; x < 32; x++)
147                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
148             } else {
149                 for (x = 0; x < 32; x++)
150                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
151             }
152             charpos--;          /* redo now adjusted char */
153         /* no adjustment needed, all fine */
154         } else {
155             /* advance pointers */
156             best_cb += 32;
157             charset += 8;
158
159             /* remember colorram value */
160             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
161         }
162     }
163 }
164
165 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
166 {
167     A64Context *c = avctx->priv_data;
168     av_free(c->mc_meta_charset);
169     av_free(c->mc_best_cb);
170     av_free(c->mc_charset);
171     av_free(c->mc_charmap);
172     av_free(c->mc_colram);
173     return 0;
174 }
175
176 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
177 {
178     A64Context *c = avctx->priv_data;
179     int a;
180     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
181
182     if (avctx->global_quality < 1) {
183         c->mc_lifetime = 4;
184     } else {
185         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
186     }
187
188     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
189
190     c->mc_frame_counter = 0;
191     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
192     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
193
194     /* precalc luma values for later use */
195     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
196         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
197                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
198                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
199     }
200
201     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
202        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
203        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
204        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
205        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
206         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
207         return AVERROR(ENOMEM);
208     }
209
210     /* set up extradata */
211     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
212         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
213         return AVERROR(ENOMEM);
214     }
215     avctx->extradata_size = 8 * 4;
216     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
217     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
218
219     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
220     avctx->coded_frame            = &c->picture;
221     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
222     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
223     if (!avctx->codec_tag)
224          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
225
226     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
227
228     return 0;
229 }
230
231 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
232 {
233     int a;
234     uint8_t temp;
235     /* only needs to be done in 5col mode */
236     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
237     for (a = 0; a < 256; a++) {
238         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
239         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
240         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
241         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
242         buf[a] = temp << 2;
243     }
244 }
245
246 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
247                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
248 {
249     A64Context *c = avctx->priv_data;
250     AVFrame *const p = &c->picture;
251
252     int frame;
253     int x, y;
254     int b_height;
255     int b_width;
256
257     int req_size, ret;
258     uint8_t *buf = NULL;
259
260     int *charmap     = c->mc_charmap;
261     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
262     uint8_t *charset = c->mc_charset;
263     int *meta        = c->mc_meta_charset;
264     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
265
266     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
267     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
268     int screen_size;
269
270     if(CROP_SCREENS) {
271         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
272         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
273         screen_size = b_width * b_height;
274     } else {
275         b_height = C64YRES >> 3;
276         b_width  = C64XRES >> 3;
277         screen_size = 0x400;
278     }
279
280     /* no data, means end encoding asap */
281     if (!pict) {
282         /* all done, end encoding */
283         if (!c->mc_lifetime) return 0;
284         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
285         if (!c->mc_frame_counter) {
286             c->mc_lifetime = 0;
287         }
288         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
289         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
290     /* still new data available */
291     } else {
292         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
293         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
294             *p = *pict;
295             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
296             p->key_frame = 1;
297             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
298             c->mc_frame_counter++;
299             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
300                 c->next_pts = pict->pts;
301             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
302             return 0;
303         }
304     }
305
306     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
307     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
308         req_size = 0;
309         /* any frames to encode? */
310         if (c->mc_lifetime) {
311             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
312             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, req_size)) < 0)
313                 return ret;
314             buf = pkt->data;
315
316             /* calc optimal new charset + charmaps */
317             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
318             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
319
320             /* create colorram map and a c64 readable charset */
321             render_charset(avctx, charset, colram);
322
323             /* copy charset to buf */
324             memcpy(buf, charset, charset_size);
325
326             /* advance pointers */
327             buf      += charset_size;
328             charset  += charset_size;
329         }
330
331         /* write x frames to buf */
332         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
333             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
334             for (y = 0; y < b_height; y++) {
335                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
336                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
337                 }
338             }
339             /* advance pointers */
340             buf += screen_size;
341             req_size += screen_size;
342
343             /* compress and copy colram to buf */
344             if (c->mc_use_5col) {
345                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
346                 /* advance pointers */
347                 buf += colram_size;
348                 req_size += colram_size;
349             }
350
351             /* advance to next charmap */
352             charmap += 1000;
353         }
354
355         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
356         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
357         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
358
359         /* reset counter */
360         c->mc_frame_counter = 0;
361
362         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
363         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
364
365         pkt->size   = req_size;
366         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
367         *got_packet = !!req_size;
368     }
369     return 0;
370 }
371
372 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
373 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
374     .name           = "a64multi",
375     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
376     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
377     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
378     .init           = a64multi_init_encoder,
379     .encode2        = a64multi_encode_frame,
380     .close          = a64multi_close_encoder,
381     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
382     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
383     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
384 };
385 #endif
386 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
387 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
388     .name           = "a64multi5",
389     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
390     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
391     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
392     .init           = a64multi_init_encoder,
393     .encode2        = a64multi_encode_frame,
394     .close          = a64multi_close_encoder,
395     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
396     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
397     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
398 };
399 #endif