build: Group general components separate from de/encoders in arch Makefiles
[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 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  * 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_frame_free(&avctx->coded_frame);
169     av_free(c->mc_meta_charset);
170     av_free(c->mc_best_cb);
171     av_free(c->mc_charset);
172     av_free(c->mc_charmap);
173     av_free(c->mc_colram);
174     return 0;
175 }
176
177 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
178 {
179     A64Context *c = avctx->priv_data;
180     int a;
181     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
182
183     if (avctx->global_quality < 1) {
184         c->mc_lifetime = 4;
185     } else {
186         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
187     }
188
189     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
190
191     c->mc_frame_counter = 0;
192     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
193     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
194
195     /* precalc luma values for later use */
196     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
197         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
198                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
199                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
200     }
201
202     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
203        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
204        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
205        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
206        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
207         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
208         return AVERROR(ENOMEM);
209     }
210
211     /* set up extradata */
212     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
213         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
214         return AVERROR(ENOMEM);
215     }
216     avctx->extradata_size = 8 * 4;
217     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
218     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
219
220     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
221     if (!avctx->coded_frame) {
222         a64multi_close_encoder(avctx);
223         return AVERROR(ENOMEM);
224     }
225
226     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
227     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
228     if (!avctx->codec_tag)
229          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
230
231     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
232
233     return 0;
234 }
235
236 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
237 {
238     int a;
239     uint8_t temp;
240     /* only needs to be done in 5col mode */
241     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
242     for (a = 0; a < 256; a++) {
243         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
244         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
245         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
246         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
247         buf[a] = temp << 2;
248     }
249 }
250
251 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
252                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
253 {
254     A64Context *c = avctx->priv_data;
255     AVFrame *const p = avctx->coded_frame;
256
257     int frame;
258     int x, y;
259     int b_height;
260     int b_width;
261
262     int req_size, ret;
263     uint8_t *buf;
264
265     int *charmap     = c->mc_charmap;
266     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
267     uint8_t *charset = c->mc_charset;
268     int *meta        = c->mc_meta_charset;
269     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
270
271     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
272     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
273     int screen_size;
274
275     if(CROP_SCREENS) {
276         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
277         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
278         screen_size = b_width * b_height;
279     } else {
280         b_height = C64YRES >> 3;
281         b_width  = C64XRES >> 3;
282         screen_size = 0x400;
283     }
284
285     /* no data, means end encoding asap */
286     if (!pict) {
287         /* all done, end encoding */
288         if (!c->mc_lifetime) return 0;
289         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
290         if (!c->mc_frame_counter) {
291             c->mc_lifetime = 0;
292         }
293         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
294         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
295     /* still new data available */
296     } else {
297         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
298         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
299             *p = *pict;
300             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
301             p->key_frame = 1;
302             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
303             c->mc_frame_counter++;
304             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
305                 c->next_pts = pict->pts;
306             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
307             return 0;
308         }
309     }
310
311     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
312     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
313         req_size = 0;
314         /* any frames to encode? */
315         if (c->mc_lifetime) {
316             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
317             if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, req_size)) < 0) {
318                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet of size %d.\n", req_size);
319                 return ret;
320             }
321             buf = pkt->data;
322
323             /* calc optimal new charset + charmaps */
324             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
325             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
326
327             /* create colorram map and a c64 readable charset */
328             render_charset(avctx, charset, colram);
329
330             /* copy charset to buf */
331             memcpy(buf, charset, charset_size);
332
333             /* advance pointers */
334             buf      += charset_size;
335             charset  += charset_size;
336         }
337
338         /* write x frames to buf */
339         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
340             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
341             for (y = 0; y < b_height; y++) {
342                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
343                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
344                 }
345             }
346             /* advance pointers */
347             buf += screen_size;
348             req_size += screen_size;
349
350             /* compress and copy colram to buf */
351             if (c->mc_use_5col) {
352                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
353                 /* advance pointers */
354                 buf += colram_size;
355                 req_size += colram_size;
356             }
357
358             /* advance to next charmap */
359             charmap += 1000;
360         }
361
362         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
363         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
364         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
365
366         /* reset counter */
367         c->mc_frame_counter = 0;
368
369         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
370         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
371
372         pkt->size   = req_size;
373         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
374         *got_packet = !!req_size;
375     }
376     return 0;
377 }
378
379 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
380     .name           = "a64multi",
381     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
382     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
383     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
384     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
385     .init           = a64multi_encode_init,
386     .encode2        = a64multi_encode_frame,
387     .close          = a64multi_close_encoder,
388     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
389     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
390 };
391
392 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
393     .name           = "a64multi5",
394     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
395     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
396     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
397     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
398     .init           = a64multi_encode_init,
399     .encode2        = a64multi_encode_frame,
400     .close          = a64multi_close_encoder,
401     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
402     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
403 };