Skip unnecessary calculations in 4col-mode.
[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     /* and render charset */
102     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
103         lowdiff  = 0;
104         highdiff = 0;
105         for (y = 0; y < 8; y++) {
106             row1 = 0; row2 = 0;
107             for (x = 0; x < 4; x++) {
108                 pix = best_cb[y * 4 + x];
109
110                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
111                 if (index1[pix] >= 3)
112                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
113                 if (index1[pix] < 1)
114                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
115
116                 row1 <<= 2;
117
118                 if(INTERLACED) {
119                     row2 <<= 2;
120                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
121                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
122                     else
123                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
124
125                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
126                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
127                     else
128                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
129                 }
130                 else {
131                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
132                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
133                     else
134                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
135                 }
136             }
137             charset[y+0x000] = row1;
138             if(INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
139         }
140         /* do we need to adjust pixels? */
141         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
142             if (lowdiff > highdiff) {
143                 for (x = 0; x < 32; x++)
144                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
145             } else {
146                 for (x = 0; x < 32; x++)
147                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
148             }
149             charpos--;          /* redo now adjusted char */
150         /* no adjustment needed, all fine */
151         } else {
152             /* advance pointers */
153             best_cb += 32;
154             charset += 8;
155
156             /* remember colorram value */
157             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
158         }
159     }
160 }
161
162 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
163 {
164     A64Context *c = avctx->priv_data;
165     av_free(c->mc_meta_charset);
166     av_free(c->mc_best_cb);
167     av_free(c->mc_charset);
168     av_free(c->mc_charmap);
169     av_free(c->mc_colram);
170     return 0;
171 }
172
173 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
174 {
175     A64Context *c = avctx->priv_data;
176     int a;
177     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
178
179     if (avctx->global_quality < 1) {
180         c->mc_lifetime = 4;
181     } else {
182         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
183     }
184
185     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
186
187     c->mc_frame_counter = 0;
188     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == CODEC_ID_A64_MULTI5;
189     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
190
191     /* precalc luma values for later use */
192     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
193         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
194                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
195                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
196     }
197
198     if(!(c->mc_meta_charset  = av_malloc (32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
199        !(c->mc_best_cb       = av_malloc (CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
200        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int)))  ||
201        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))      ||
202        !(c->mc_charset       = av_malloc (0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
203         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
204         return AVERROR(ENOMEM);
205     }
206
207     /* set up extradata */
208     if(!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
209         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
210         return AVERROR(ENOMEM);
211     }
212     avctx->extradata_size = 8 * 4;
213     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
214     AV_WB32(avctx->extradata+16, INTERLACED);
215
216     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
217     avctx->coded_frame            = &c->picture;
218     avctx->coded_frame->pict_type = FF_I_TYPE;
219     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
220     if (!avctx->codec_tag)
221          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
222
223     return 0;
224 }
225
226 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
227 {
228     int a;
229     uint8_t temp;
230     /* only needs to be done in 5col mode */
231     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
232     for (a = 0; a < 256; a++) {
233         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
234         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
235         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
236         if(a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
237         buf[a] = temp << 2;
238     }
239 }
240
241 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf,
242                                  int buf_size, void *data)
243 {
244     A64Context *c = avctx->priv_data;
245     AVFrame *pict = data;
246     AVFrame *const p = (AVFrame *) & c->picture;
247
248     int frame;
249     int x, y;
250     int b_height;
251     int b_width;
252
253     int req_size;
254     int num_frames = c->mc_lifetime;
255
256     int *charmap         = c->mc_charmap;
257     uint8_t *colram      = c->mc_colram;
258     uint8_t *charset     = c->mc_charset;
259     int *meta            = c->mc_meta_charset;
260     int *best_cb         = c->mc_best_cb;
261
262     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
263     int screen_size;
264     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
265
266     if(CROP_SCREENS) {
267         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
268         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
269         screen_size = b_width * b_height;
270     } else {
271         b_height = C64YRES >> 3;
272         b_width  = C64XRES >> 3;
273         screen_size = 0x400;
274     }
275
276     /* no data, means end encoding asap */
277     if (!data) {
278         /* all done, end encoding */
279         if(!c->mc_lifetime) return 0;
280         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
281         if(!c->mc_frame_counter) {
282             num_frames=c->mc_lifetime;
283             c->mc_lifetime=0;
284         }
285         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
286         else c->mc_lifetime=c->mc_frame_counter;
287     }
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 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       = (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 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       = (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 };