avcodec/dca: avoid using bitstream reader in a non-standard way
[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 "a64colors.h"
28 #include "a64tables.h"
29 #include "elbg.h"
30 #include "internal.h"
31 #include "libavutil/avassert.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 #define C64XRES 320
41 #define C64YRES 200
42
43 typedef struct A64Context {
44     /* variables for multicolor modes */
45     AVLFG randctx;
46     int mc_lifetime;
47     int mc_use_5col;
48     unsigned mc_frame_counter;
49     int *mc_meta_charset;
50     int *mc_charmap;
51     int *mc_best_cb;
52     int mc_luma_vals[5];
53     uint8_t *mc_charset;
54     uint8_t *mc_colram;
55     uint8_t *mc_palette;
56     int mc_pal_size;
57
58     /* pts of the next packet that will be output */
59     int64_t next_pts;
60 } A64Context;
61
62 /* gray gradient */
63 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
64
65 /* other possible gradients - to be tested */
66 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
67 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
68
69 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx,
70                               const AVFrame *p, int *dest)
71 {
72     int blockx, blocky, x, y;
73     int luma = 0;
74     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
75     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
76     uint8_t *src = p->data[0];
77
78     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
79         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
80             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
81                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
82                     if(x < width && y < height) {
83                         if (x + 1 < width) {
84                             /* build average over 2 pixels */
85                             luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
86                                     src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
87                         } else {
88                             luma = src[(x + y * p->linesize[0])];
89                         }
90                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
91                         dest[0] = luma;
92                     }
93                     dest++;
94                 }
95             }
96         }
97     }
98 }
99
100 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
101                            uint8_t *colrammap)
102 {
103     A64Context *c = avctx->priv_data;
104     uint8_t row1, row2;
105     int charpos, x, y;
106     int a, b;
107     uint8_t pix;
108     int lowdiff, highdiff;
109     int *best_cb = c->mc_best_cb;
110     static uint8_t index1[256];
111     static uint8_t index2[256];
112     static uint8_t dither[256];
113     int i;
114     int distance;
115
116     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
117     i = 0;
118     for (a=0; a < 256; a++) {
119         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
120             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
121             for(b = 0; b <= distance; b++) {
122                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
123             }
124             i++;
125         }
126         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
127         index1[a] = i;
128         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
129     }
130
131     /* and render charset */
132     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
133         lowdiff  = 0;
134         highdiff = 0;
135         for (y = 0; y < 8; y++) {
136             row1 = 0; row2 = 0;
137             for (x = 0; x < 4; x++) {
138                 pix = best_cb[y * 4 + x];
139
140                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
141                 if (index1[pix] >= 3)
142                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
143                 if (index1[pix] < 1)
144                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
145
146                 row1 <<= 2;
147
148                 if (INTERLACED) {
149                     row2 <<= 2;
150                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
151                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
152                     else
153                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
154
155                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
156                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
157                     else
158                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
159                 }
160                 else {
161                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
162                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
163                     else
164                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
165                 }
166             }
167             charset[y+0x000] = row1;
168             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
169         }
170         /* do we need to adjust pixels? */
171         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
172             if (lowdiff > highdiff) {
173                 for (x = 0; x < 32; x++)
174                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
175             } else {
176                 for (x = 0; x < 32; x++)
177                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
178             }
179             charpos--;          /* redo now adjusted char */
180         /* no adjustment needed, all fine */
181         } else {
182             /* advance pointers */
183             best_cb += 32;
184             charset += 8;
185
186             /* remember colorram value */
187             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
188         }
189     }
190 }
191
192 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
193 {
194     A64Context *c = avctx->priv_data;
195     av_freep(&c->mc_meta_charset);
196     av_freep(&c->mc_best_cb);
197     av_freep(&c->mc_charset);
198     av_freep(&c->mc_charmap);
199     av_freep(&c->mc_colram);
200     return 0;
201 }
202
203 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
204 {
205     A64Context *c = avctx->priv_data;
206     int a;
207     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
208
209     if (avctx->global_quality < 1) {
210         c->mc_lifetime = 4;
211     } else {
212         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
213     }
214
215     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
216
217     c->mc_frame_counter = 0;
218     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
219     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
220
221     /* precalc luma values for later use */
222     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
223         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
224                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
225                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
226     }
227
228     if (!(c->mc_meta_charset = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 32000 * sizeof(int))) ||
229        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
230        !(c->mc_charmap       = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 1000 * sizeof(int))) ||
231        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
232        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
233         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
234         return AVERROR(ENOMEM);
235     }
236
237     /* set up extradata */
238     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
239         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
240         return AVERROR(ENOMEM);
241     }
242     avctx->extradata_size = 8 * 4;
243     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
244     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
245
246     if (!avctx->codec_tag)
247          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
248
249     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
250
251     return 0;
252 }
253
254 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
255 {
256     int a;
257     uint8_t temp;
258     /* only needs to be done in 5col mode */
259     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
260     for (a = 0; a < 256; a++) {
261         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
262         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
263         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
264         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
265         buf[a] = temp << 2;
266     }
267 }
268
269 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
270                                  const AVFrame *p, int *got_packet)
271 {
272     A64Context *c = avctx->priv_data;
273
274     int frame;
275     int x, y;
276     int b_height;
277     int b_width;
278
279     int req_size, ret;
280     uint8_t *buf = NULL;
281
282     int *charmap     = c->mc_charmap;
283     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
284     uint8_t *charset = c->mc_charset;
285     int *meta        = c->mc_meta_charset;
286     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
287
288     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
289     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
290     int screen_size;
291
292     if(CROP_SCREENS) {
293         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
294         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
295         screen_size = b_width * b_height;
296     } else {
297         b_height = C64YRES >> 3;
298         b_width  = C64XRES >> 3;
299         screen_size = 0x400;
300     }
301
302     /* no data, means end encoding asap */
303     if (!p) {
304         /* all done, end encoding */
305         if (!c->mc_lifetime) return 0;
306         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
307         if (!c->mc_frame_counter) {
308             c->mc_lifetime = 0;
309         }
310         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
311         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
312     /* still new data available */
313     } else {
314         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
315         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
316             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
317             c->mc_frame_counter++;
318             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
319                 c->next_pts = p->pts;
320             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
321             return 0;
322         }
323     }
324
325     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
326     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
327         req_size = 0;
328         /* any frames to encode? */
329         if (c->mc_lifetime) {
330             int alloc_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
331             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, alloc_size, 0)) < 0)
332                 return ret;
333             buf = pkt->data;
334
335             /* calc optimal new charset + charmaps */
336             ret = avpriv_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
337                                CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
338             if (ret < 0)
339                 return ret;
340             ret = avpriv_do_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
341                              CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
342             if (ret < 0)
343                 return ret;
344
345             /* create colorram map and a c64 readable charset */
346             render_charset(avctx, charset, colram);
347
348             /* copy charset to buf */
349             memcpy(buf, charset, charset_size);
350
351             /* advance pointers */
352             buf      += charset_size;
353             req_size += charset_size;
354         }
355
356         /* write x frames to buf */
357         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
358             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
359             for (y = 0; y < b_height; y++) {
360                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
361                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
362                 }
363             }
364             /* advance pointers */
365             buf += screen_size;
366             req_size += screen_size;
367
368             /* compress and copy colram to buf */
369             if (c->mc_use_5col) {
370                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
371                 /* advance pointers */
372                 buf += colram_size;
373                 req_size += colram_size;
374             }
375
376             /* advance to next charmap */
377             charmap += 1000;
378         }
379
380         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
381         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
382         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
383
384         /* reset counter */
385         c->mc_frame_counter = 0;
386
387         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
388         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
389
390         av_assert0(pkt->size >= req_size);
391         pkt->size   = req_size;
392         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
393         *got_packet = !!req_size;
394     }
395     return 0;
396 }
397
398 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
399 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
400     .name           = "a64multi",
401     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
402     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
403     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
404     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
405     .init           = a64multi_encode_init,
406     .encode2        = a64multi_encode_frame,
407     .close          = a64multi_close_encoder,
408     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
409     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DELAY,
410 };
411 #endif
412 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
413 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
414     .name           = "a64multi5",
415     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
416     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
417     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
418     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
419     .init           = a64multi_encode_init,
420     .encode2        = a64multi_encode_frame,
421     .close          = a64multi_close_encoder,
422     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
423     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DELAY,
424 };
425 #endif