Introduce palette with dynamic size.
[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
37 /* gray gradient */
38 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
39
40 /* other possible gradients - to be tested */
41 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
42 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
43
44 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
45 {
46     int blockx, blocky, x, y;
47     int luma = 0;
48     int height = FFMIN(avctx->height,C64YRES);
49     int width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES);
50     uint8_t *src = p->data[0];
51
52     for (blocky = 0; blocky < height; blocky += 8) {
53         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
54             for (y = blocky; y < blocky+8 && y < height; y++) {
55                 for (x = blockx; x < blockx+8 && x < C64XRES; x += 2) {
56                     if(x < width) {
57                         /* build average over 2 pixels */
58                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
59                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
60                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
61                         dest[0] = luma;
62                     }
63                     dest++;
64                 }
65             }
66         }
67     }
68 }
69
70 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
71                            uint8_t *colrammap)
72 {
73     A64Context *c = avctx->priv_data;
74     uint8_t row1, row2;
75     int charpos, x, y;
76     int a, b;
77     uint8_t pix;
78     int lowdiff, highdiff;
79     int *best_cb = c->mc_best_cb;
80     static uint8_t index1[256];
81     static uint8_t index2[256];
82     static uint8_t dither[256];
83     int i;
84     int distance;
85
86     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
87     i = 0;
88     for (a=0; a < 256; a++) {
89         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i+1]) {
90             distance = c->mc_luma_vals[i+1] - c->mc_luma_vals[i];
91             for(b = 0; b <= distance; b++) {
92                   dither[c->mc_luma_vals[i]+b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
93             }
94             i++;
95         }
96         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
97         index1[a] = i;
98         index2[a] = FFMIN(i+1, c->mc_pal_size - 1);
99     }
100     /* and render charset */
101     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
102         lowdiff  = 0;
103         highdiff = 0;
104         for (y = 0; y < 8; y++) {
105             row1 = 0; row2 = 0;
106             for (x = 0; x < 4; x++) {
107                 pix = best_cb[y * 4 + x];
108
109                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
110                 if (index1[pix] >= 3)
111                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
112                 if (index1[pix] < 1)
113                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
114
115                 row1 <<= 2;
116
117                 if(INTERLACED) {
118                     row2 <<= 2;
119                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
120                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
121                     else
122                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
123
124                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
125                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
126                     else
127                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
128                 }
129                 else {
130                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
131                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
132                     else
133                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
134                 }
135             }
136             charset[y+0x000] = row1;
137             if(INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
138         }
139         /* do we need to adjust pixels? */
140         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0) {
141             if (lowdiff > highdiff) {
142                 for (x = 0; x < 32; x++)
143                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
144             } else {
145                 for (x = 0; x < 32; x++)
146                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
147             }
148             charpos--;          /* redo now adjusted char */
149         /* no adjustment needed, all fine */
150         } else {
151             /* advance pointers */
152             best_cb += 32;
153             charset += 8;
154
155             /* remember colorram value */
156             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
157         }
158     }
159 }
160
161 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
162 {
163     A64Context *c = avctx->priv_data;
164     av_free(c->mc_meta_charset);
165     av_free(c->mc_best_cb);
166     av_free(c->mc_charset);
167     av_free(c->mc_charmap);
168     av_free(c->mc_colram);
169     return 0;
170 }
171
172 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
173 {
174     A64Context *c = avctx->priv_data;
175     int a;
176     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
177
178     if (avctx->global_quality < 1) {
179         c->mc_lifetime = 4;
180     } else {
181         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
182     }
183
184     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
185
186     c->mc_frame_counter = 0;
187     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == CODEC_ID_A64_MULTI5;
188     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
189
190     /* precalc luma values for later use */
191     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
192         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
193                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
194                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
195     }
196
197     if(!(c->mc_meta_charset  = av_malloc (32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
198        !(c->mc_best_cb       = av_malloc (CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
199        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int)))  ||
200        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))      ||
201        !(c->mc_charset       = av_malloc (0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
202         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
203         return AVERROR(ENOMEM);
204     }
205
206     /* set up extradata */
207     if(!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
208         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
209         return AVERROR(ENOMEM);
210     }
211     avctx->extradata_size = 8 * 4;
212     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
213     AV_WB32(avctx->extradata+16, INTERLACED);
214
215     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
216     avctx->coded_frame            = &c->picture;
217     avctx->coded_frame->pict_type = FF_I_TYPE;
218     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
219     if (!avctx->codec_tag)
220          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
221
222     return 0;
223 }
224
225 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
226 {
227     int a;
228     uint8_t temp;
229     /* only needs to be done in 5col mode */
230     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
231     for (a = 0; a < 256; a++) {
232         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
233         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
234         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
235         if(a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
236         buf[a] = temp << 2;
237     }
238 }
239
240 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf,
241                                  int buf_size, void *data)
242 {
243     A64Context *c = avctx->priv_data;
244     AVFrame *pict = data;
245     AVFrame *const p = (AVFrame *) & c->picture;
246
247     int frame;
248     int a;
249
250     int req_size;
251     int num_frames = c->mc_lifetime;
252
253     int *charmap         = c->mc_charmap;
254     uint8_t *colram      = c->mc_colram;
255     uint8_t *charset     = c->mc_charset;
256     int *meta            = c->mc_meta_charset;
257     int *best_cb         = c->mc_best_cb;
258
259     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
260     int screen_size  = 0x400;
261     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
262
263     /* no data, means end encoding asap */
264     if (!data) {
265         /* all done, end encoding */
266         if(!c->mc_lifetime) return 0;
267         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
268         if(!c->mc_frame_counter) {
269             num_frames=c->mc_lifetime;
270             c->mc_lifetime=0;
271         }
272         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
273         else c->mc_lifetime=c->mc_frame_counter;
274     }
275     /* still new data available */
276     else {
277         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
278         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
279             *p = *pict;
280             p->pict_type = FF_I_TYPE;
281             p->key_frame = 1;
282             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
283             c->mc_frame_counter++;
284             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
285             return 0;
286         }
287     }
288
289     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
290     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
291         req_size = 0;
292         /* any frames to encode? */
293         if(c->mc_lifetime) {
294             /* calc optimal new charset + charmaps */
295             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
296             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
297
298             /* create colorram map and a c64 readable charset */
299             render_charset(avctx, charset, colram);
300
301             /* copy charset to buf */
302             memcpy(buf,charset, charset_size);
303
304             /* advance pointers */
305             buf      += charset_size;
306             charset  += charset_size;
307             req_size += charset_size;
308         }
309         /* no charset so clean buf */
310         else memset(buf, 0, charset_size);
311
312         /* write x frames to buf */
313         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
314             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
315             for (a = 0; a < 1000; a++) {
316                 buf[a] = charmap[a];
317             }
318             /* advance pointers */
319             buf += screen_size;
320             req_size += screen_size;
321
322             /* compress and copy colram to buf */
323             if(c->mc_use_5col) {
324                 a64_compress_colram(buf,charmap,colram);
325                 /* advance pointers */
326                 buf += colram_size;
327                 req_size += colram_size;
328             }
329
330             /* advance to next charmap */
331             charmap += 1000;
332         }
333
334         AV_WB32(avctx->extradata+4,  c->mc_frame_counter);
335         AV_WB32(avctx->extradata+8,  charset_size);
336         AV_WB32(avctx->extradata+12, screen_size + colram_size);
337
338         /* reset counter */
339         c->mc_frame_counter = 0;
340
341         if (req_size > buf_size) {
342             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "buf size too small (need %d, got %d)\n", req_size, buf_size);
343             return -1;
344         }
345         return req_size;
346     }
347     return 0;
348 }
349
350 AVCodec a64multi_encoder = {
351     .name           = "a64multi",
352     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
353     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI,
354     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
355     .init           = a64multi_init_encoder,
356     .encode         = a64multi_encode_frame,
357     .close          = a64multi_close_encoder,
358     .pix_fmts       = (enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
359     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
360     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
361 };
362
363 AVCodec a64multi5_encoder = {
364     .name           = "a64multi5",
365     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
366     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI5,
367     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
368     .init           = a64multi_init_encoder,
369     .encode         = a64multi_encode_frame,
370     .close          = a64multi_close_encoder,
371     .pix_fmts       = (enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
372     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
373     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
374 };