Rename y400a to gray8a.
[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 "libavutil/intreadwrite.h"
32
33 #define DITHERSTEPS   8
34 #define CHARSET_CHARS 256
35 #define INTERLACED    1
36 #define CROP_SCREENS  1
37
38 /* gray gradient */
39 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
40
41 /* other possible gradients - to be tested */
42 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
43 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
44
45 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
46 {
47     int blockx, blocky, x, y;
48     int luma = 0;
49     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
50     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
51     uint8_t *src = p->data[0];
52
53     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
54         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
55             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
56                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
57                     if(x < width && y < height) {
58                         /* build average over 2 pixels */
59                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
60                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
61                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
62                         dest[0] = luma;
63                     }
64                     dest++;
65                 }
66             }
67         }
68     }
69 }
70
71 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
72                            uint8_t *colrammap)
73 {
74     A64Context *c = avctx->priv_data;
75     uint8_t row1, row2;
76     int charpos, x, y;
77     int a, b;
78     uint8_t pix;
79     int lowdiff, highdiff;
80     int *best_cb = c->mc_best_cb;
81     static uint8_t index1[256];
82     static uint8_t index2[256];
83     static uint8_t dither[256];
84     int i;
85     int distance;
86
87     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
88     i = 0;
89     for (a=0; a < 256; a++) {
90         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
91             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
92             for(b = 0; b <= distance; b++) {
93                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
94             }
95             i++;
96         }
97         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
98         index1[a] = i;
99         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
100     }
101
102     /* and render charset */
103     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
104         lowdiff  = 0;
105         highdiff = 0;
106         for (y = 0; y < 8; y++) {
107             row1 = 0; row2 = 0;
108             for (x = 0; x < 4; x++) {
109                 pix = best_cb[y * 4 + x];
110
111                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
112                 if (index1[pix] >= 3)
113                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
114                 if (index1[pix] < 1)
115                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
116
117                 row1 <<= 2;
118
119                 if (INTERLACED) {
120                     row2 <<= 2;
121                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
122                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
123                     else
124                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
125
126                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
127                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
128                     else
129                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
130                 }
131                 else {
132                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
133                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
134                     else
135                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
136                 }
137             }
138             charset[y+0x000] = row1;
139             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
140         }
141         /* do we need to adjust pixels? */
142         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
143             if (lowdiff > highdiff) {
144                 for (x = 0; x < 32; x++)
145                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
146             } else {
147                 for (x = 0; x < 32; x++)
148                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
149             }
150             charpos--;          /* redo now adjusted char */
151         /* no adjustment needed, all fine */
152         } else {
153             /* advance pointers */
154             best_cb += 32;
155             charset += 8;
156
157             /* remember colorram value */
158             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
159         }
160     }
161 }
162
163 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
164 {
165     A64Context *c = avctx->priv_data;
166     av_free(c->mc_meta_charset);
167     av_free(c->mc_best_cb);
168     av_free(c->mc_charset);
169     av_free(c->mc_charmap);
170     av_free(c->mc_colram);
171     return 0;
172 }
173
174 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
175 {
176     A64Context *c = avctx->priv_data;
177     int a;
178     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
179
180     if (avctx->global_quality < 1) {
181         c->mc_lifetime = 4;
182     } else {
183         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
184     }
185
186     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
187
188     c->mc_frame_counter = 0;
189     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == CODEC_ID_A64_MULTI5;
190     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
191
192     /* precalc luma values for later use */
193     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
194         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
195                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
196                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
197     }
198
199     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
200        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
201        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
202        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
203        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
204         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
205         return AVERROR(ENOMEM);
206     }
207
208     /* set up extradata */
209     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
210         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
211         return AVERROR(ENOMEM);
212     }
213     avctx->extradata_size = 8 * 4;
214     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
215     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
216
217     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
218     avctx->coded_frame            = &c->picture;
219     avctx->coded_frame->pict_type = FF_I_TYPE;
220     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
221     if (!avctx->codec_tag)
222          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
223
224     return 0;
225 }
226
227 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
228 {
229     int a;
230     uint8_t temp;
231     /* only needs to be done in 5col mode */
232     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
233     for (a = 0; a < 256; a++) {
234         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
235         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
236         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
237         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
238         buf[a] = temp << 2;
239     }
240 }
241
242 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf,
243                                  int buf_size, void *data)
244 {
245     A64Context *c = avctx->priv_data;
246     AVFrame *pict = data;
247     AVFrame *const p = (AVFrame *) & c->picture;
248
249     int frame;
250     int x, y;
251     int b_height;
252     int b_width;
253
254     int req_size;
255     int num_frames   = c->mc_lifetime;
256
257     int *charmap     = c->mc_charmap;
258     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
259     uint8_t *charset = c->mc_charset;
260     int *meta        = c->mc_meta_charset;
261     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
262
263     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
264     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
265     int screen_size;
266
267     if(CROP_SCREENS) {
268         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
269         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
270         screen_size = b_width * b_height;
271     } else {
272         b_height = C64YRES >> 3;
273         b_width  = C64XRES >> 3;
274         screen_size = 0x400;
275     }
276
277     /* no data, means end encoding asap */
278     if (!data) {
279         /* all done, end encoding */
280         if (!c->mc_lifetime) return 0;
281         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
282         if (!c->mc_frame_counter) {
283             num_frames = c->mc_lifetime;
284             c->mc_lifetime = 0;
285         }
286         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
287         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
288     /* still new data available */
289     } else {
290         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
291         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
292             *p = *pict;
293             p->pict_type = FF_I_TYPE;
294             p->key_frame = 1;
295             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
296             c->mc_frame_counter++;
297             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
298             return 0;
299         }
300     }
301
302     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
303     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
304         req_size = 0;
305         /* any frames to encode? */
306         if (c->mc_lifetime) {
307             /* calc optimal new charset + charmaps */
308             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
309             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
310
311             /* create colorram map and a c64 readable charset */
312             render_charset(avctx, charset, colram);
313
314             /* copy charset to buf */
315             memcpy(buf,charset, charset_size);
316
317             /* advance pointers */
318             buf      += charset_size;
319             charset  += charset_size;
320             req_size += charset_size;
321         }
322         /* no charset so clean buf */
323         else memset(buf, 0, charset_size);
324
325         /* write x frames to buf */
326         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
327             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
328             for (y = 0; y < b_height; y++) {
329                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
330                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
331                 }
332             }
333             /* advance pointers */
334             buf += screen_size;
335             req_size += screen_size;
336
337             /* compress and copy colram to buf */
338             if (c->mc_use_5col) {
339                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
340                 /* advance pointers */
341                 buf += colram_size;
342                 req_size += colram_size;
343             }
344
345             /* advance to next charmap */
346             charmap += 1000;
347         }
348
349         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
350         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
351         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
352
353         /* reset counter */
354         c->mc_frame_counter = 0;
355
356         if (req_size > buf_size) {
357             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "buf size too small (need %d, got %d)\n", req_size, buf_size);
358             return -1;
359         }
360         return req_size;
361     }
362     return 0;
363 }
364
365 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
366     .name           = "a64multi",
367     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
368     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI,
369     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
370     .init           = a64multi_init_encoder,
371     .encode         = a64multi_encode_frame,
372     .close          = a64multi_close_encoder,
373     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
374     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
375     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
376 };
377
378 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
379     .name           = "a64multi5",
380     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
381     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI5,
382     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
383     .init           = a64multi_init_encoder,
384     .encode         = a64multi_encode_frame,
385     .close          = a64multi_close_encoder,
386     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
387     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
388     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
389 };