avcodec/a64multienc: simplify frame handling code
[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/common.h"
32 #include "libavutil/intreadwrite.h"
33
34 #define DITHERSTEPS   8
35 #define CHARSET_CHARS 256
36 #define INTERLACED    1
37 #define CROP_SCREENS  1
38
39 #define C64XRES 320
40 #define C64YRES 200
41
42 typedef struct A64Context {
43     /* variables for multicolor modes */
44     AVLFG randctx;
45     int mc_lifetime;
46     int mc_use_5col;
47     unsigned mc_frame_counter;
48     int *mc_meta_charset;
49     int *mc_charmap;
50     int *mc_best_cb;
51     int mc_luma_vals[5];
52     uint8_t *mc_charset;
53     uint8_t *mc_colram;
54     uint8_t *mc_palette;
55     int mc_pal_size;
56
57     /* pts of the next packet that will be output */
58     int64_t next_pts;
59 } A64Context;
60
61 /* gray gradient */
62 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
63
64 /* other possible gradients - to be tested */
65 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
66 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
67
68 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *p, int *dest)
69 {
70     int blockx, blocky, x, y;
71     int luma = 0;
72     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
73     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
74     uint8_t *src = p->data[0];
75
76     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
77         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
78             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
79                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
80                     if(x < width && y < height) {
81                         if (x + 1 < width) {
82                             /* build average over 2 pixels */
83                             luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
84                                     src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
85                         } else {
86                             luma = src[(x + y * p->linesize[0])];
87                         }
88                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
89                         dest[0] = luma;
90                     }
91                     dest++;
92                 }
93             }
94         }
95     }
96 }
97
98 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
99                            uint8_t *colrammap)
100 {
101     A64Context *c = avctx->priv_data;
102     uint8_t row1, row2;
103     int charpos, x, y;
104     int a, b;
105     uint8_t pix;
106     int lowdiff, highdiff;
107     int *best_cb = c->mc_best_cb;
108     static uint8_t index1[256];
109     static uint8_t index2[256];
110     static uint8_t dither[256];
111     int i;
112     int distance;
113
114     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
115     i = 0;
116     for (a=0; a < 256; a++) {
117         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
118             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
119             for(b = 0; b <= distance; b++) {
120                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
121             }
122             i++;
123         }
124         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
125         index1[a] = i;
126         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
127     }
128
129     /* and render charset */
130     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
131         lowdiff  = 0;
132         highdiff = 0;
133         for (y = 0; y < 8; y++) {
134             row1 = 0; row2 = 0;
135             for (x = 0; x < 4; x++) {
136                 pix = best_cb[y * 4 + x];
137
138                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
139                 if (index1[pix] >= 3)
140                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
141                 if (index1[pix] < 1)
142                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
143
144                 row1 <<= 2;
145
146                 if (INTERLACED) {
147                     row2 <<= 2;
148                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
149                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
150                     else
151                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
152
153                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
154                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
155                     else
156                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
157                 }
158                 else {
159                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
160                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
161                     else
162                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
163                 }
164             }
165             charset[y+0x000] = row1;
166             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
167         }
168         /* do we need to adjust pixels? */
169         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
170             if (lowdiff > highdiff) {
171                 for (x = 0; x < 32; x++)
172                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
173             } else {
174                 for (x = 0; x < 32; x++)
175                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
176             }
177             charpos--;          /* redo now adjusted char */
178         /* no adjustment needed, all fine */
179         } else {
180             /* advance pointers */
181             best_cb += 32;
182             charset += 8;
183
184             /* remember colorram value */
185             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
186         }
187     }
188 }
189
190 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
191 {
192     A64Context *c = avctx->priv_data;
193     av_freep(&c->mc_meta_charset);
194     av_freep(&c->mc_best_cb);
195     av_freep(&c->mc_charset);
196     av_freep(&c->mc_charmap);
197     av_freep(&c->mc_colram);
198     return 0;
199 }
200
201 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
202 {
203     A64Context *c = avctx->priv_data;
204     int a;
205     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
206
207     if (avctx->global_quality < 1) {
208         c->mc_lifetime = 4;
209     } else {
210         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
211     }
212
213     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
214
215     c->mc_frame_counter = 0;
216     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
217     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
218
219     /* precalc luma values for later use */
220     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
221         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
222                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
223                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
224     }
225
226     if (!(c->mc_meta_charset = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 32000 * sizeof(int))) ||
227        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
228        !(c->mc_charmap       = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 1000 * sizeof(int))) ||
229        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
230        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
231         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
232         return AVERROR(ENOMEM);
233     }
234
235     /* set up extradata */
236     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
237         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
238         return AVERROR(ENOMEM);
239     }
240     avctx->extradata_size = 8 * 4;
241     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
242     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
243
244     if (!avctx->codec_tag)
245          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
246
247     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
248
249     return 0;
250 }
251
252 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
253 {
254     int a;
255     uint8_t temp;
256     /* only needs to be done in 5col mode */
257     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
258     for (a = 0; a < 256; a++) {
259         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
260         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
261         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
262         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
263         buf[a] = temp << 2;
264     }
265 }
266
267 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
268                                  const AVFrame *p, int *got_packet)
269 {
270     A64Context *c = avctx->priv_data;
271
272     int frame;
273     int x, y;
274     int b_height;
275     int b_width;
276
277     int req_size, ret;
278     uint8_t *buf = NULL;
279
280     int *charmap     = c->mc_charmap;
281     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
282     uint8_t *charset = c->mc_charset;
283     int *meta        = c->mc_meta_charset;
284     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
285
286     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
287     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
288     int screen_size;
289
290     if(CROP_SCREENS) {
291         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
292         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
293         screen_size = b_width * b_height;
294     } else {
295         b_height = C64YRES >> 3;
296         b_width  = C64XRES >> 3;
297         screen_size = 0x400;
298     }
299
300     /* no data, means end encoding asap */
301     if (!p) {
302         /* all done, end encoding */
303         if (!c->mc_lifetime) return 0;
304         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
305         if (!c->mc_frame_counter) {
306             c->mc_lifetime = 0;
307         }
308         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
309         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
310     /* still new data available */
311     } else {
312         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
313         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
314             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
315             c->mc_frame_counter++;
316             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
317                 c->next_pts = p->pts;
318             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
319             return 0;
320         }
321     }
322
323     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
324     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
325         req_size = 0;
326         /* any frames to encode? */
327         if (c->mc_lifetime) {
328             int alloc_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
329             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, alloc_size)) < 0)
330                 return ret;
331             buf = pkt->data;
332
333             /* calc optimal new charset + charmaps */
334             ret = avpriv_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
335                                CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
336             if (ret < 0)
337                 return ret;
338             ret = avpriv_do_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
339                              CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
340             if (ret < 0)
341                 return ret;
342
343             /* create colorram map and a c64 readable charset */
344             render_charset(avctx, charset, colram);
345
346             /* copy charset to buf */
347             memcpy(buf, charset, charset_size);
348
349             /* advance pointers */
350             buf      += charset_size;
351             req_size += charset_size;
352         }
353
354         /* write x frames to buf */
355         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
356             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
357             for (y = 0; y < b_height; y++) {
358                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
359                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
360                 }
361             }
362             /* advance pointers */
363             buf += screen_size;
364             req_size += screen_size;
365
366             /* compress and copy colram to buf */
367             if (c->mc_use_5col) {
368                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
369                 /* advance pointers */
370                 buf += colram_size;
371                 req_size += colram_size;
372             }
373
374             /* advance to next charmap */
375             charmap += 1000;
376         }
377
378         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
379         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
380         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
381
382         /* reset counter */
383         c->mc_frame_counter = 0;
384
385         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
386         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
387
388         pkt->size   = req_size;
389         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
390         *got_packet = !!req_size;
391     }
392     return 0;
393 }
394
395 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
396 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
397     .name           = "a64multi",
398     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
399     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
400     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
401     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
402     .init           = a64multi_encode_init,
403     .encode2        = a64multi_encode_frame,
404     .close          = a64multi_close_encoder,
405     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
406     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
407 };
408 #endif
409 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
410 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
411     .name           = "a64multi5",
412     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
413     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
414     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
415     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
416     .init           = a64multi_encode_init,
417     .encode2        = a64multi_encode_frame,
418     .close          = a64multi_close_encoder,
419     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
420     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
421 };
422 #endif