added interlacing option and compression option for colorram (lut)
[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 LIFETIME      4
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 < height; blocky += 8) {
54         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
55             for (y = blocky; y < blocky+8 && y < height; y++) {
56                 for (x = blockx; x < blockx+8 && x < C64XRES; x += 2) {
57                     if(x < width) {
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 < 4 && 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 >=4 ) dither[a] = 0;
98         index1[a] = i;
99         index2[a] = FFMIN(i+1, 4);
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) {
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     /* precalc luma values for later use */
188     for (a = 0; a < 5; a++) {
189         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
190                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
191                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
192     }
193
194     c->mc_frame_counter = 0;
195     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == CODEC_ID_A64_MULTI5;
196     c->mc_meta_charset  = av_malloc (32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int));
197     c->mc_best_cb       = av_malloc (CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int));
198     c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int));
199     c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t));
200     c->mc_charset       = av_malloc (0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t));
201
202     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
203     avctx->coded_frame            = &c->picture;
204     avctx->coded_frame->pict_type = FF_I_TYPE;
205     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
206     if (!avctx->codec_tag)
207          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
208
209     return 0;
210 }
211
212 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
213 {
214     int a;
215     uint8_t temp;
216     /* only needs to be done in 5col mode */
217     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
218     for (a = 0; a < 256; a++) {
219         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
220         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
221         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
222         if(a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
223         buf[a] = temp << 2;
224     }
225 }
226
227 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf,
228                                  int buf_size, void *data)
229 {
230     A64Context *c = avctx->priv_data;
231     AVFrame *pict = data;
232     AVFrame *const p = (AVFrame *) & c->picture;
233
234     int frame;
235     int a;
236
237     int req_size;
238     int num_frames = LIFETIME;
239
240     int *charmap         = c->mc_charmap;
241     uint8_t *colram      = c->mc_colram;
242     uint8_t *charset     = c->mc_charset;
243     int *meta            = c->mc_meta_charset;
244     int *best_cb         = c->mc_best_cb;
245
246     /* no data, means end encoding asap */
247     if (!data) {
248         /* all done, end encoding */
249         if(!c->mc_lifetime) return 0;
250         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
251         if(!c->mc_frame_counter) {
252             num_frames=c->mc_lifetime;
253             c->mc_lifetime=0;
254         }
255         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
256         else c->mc_lifetime=c->mc_frame_counter;
257     }
258     /* still new data available */
259     else {
260         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
261         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
262             *p = *pict;
263             p->pict_type = FF_I_TYPE;
264             p->key_frame = 1;
265             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
266             c->mc_frame_counter++;
267             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
268             return 0;
269         }
270     }
271
272     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
273     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
274         /* any frames to encode? */
275         if(c->mc_lifetime) {
276             /* calc optimal new charset + charmaps */
277             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
278             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
279
280             /* create colorram map and a c64 readable charset */
281             render_charset(avctx, charset, colram);
282         }
283
284         req_size = 0;
285
286         //XXX this all should maybe move to the muxer? as well as teh chunked/not chunked thing?
287         /* either write charset as a whole (more comfy when playing from mem) */
288         /* copy charset chunk if exists */
289         if(c->mc_lifetime) {
290             memcpy(buf,charset,0x800*(INTERLACED+1));
291             buf      += 0x800*(INTERLACED+1);
292             charset  += 0x800*(INTERLACED+1);
293             req_size += 0x800*(INTERLACED+1);
294         }
295         else memset(buf,0,0x800*(INTERLACED+1));
296
297         /* write x frames to buf */
298         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
299             /* buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
300             for (a = 0; a < 1000; a++) {
301                 buf[a] = charmap[a];
302             }
303             buf += 0x400;
304             req_size += 0x400;
305
306             if(c->mc_use_5col) {
307                 a64_compress_colram(buf,charmap,colram);
308                 buf += 0x100;
309                 req_size += 0x100;
310             }
311
312             /* advance to next charmap */
313             charmap += 1000;
314         }
315
316         /* reset counter */
317         c->mc_frame_counter = 0;
318
319         if (req_size > buf_size) {
320             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "buf size too small (need %d, got %d)\n", req_size, buf_size);
321             return -1;
322         }
323         return req_size;
324     }
325     return 0;
326 }
327
328 AVCodec a64multi_encoder = {
329     .name           = "a64multi",
330     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
331     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI,
332     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
333     .init           = a64multi_init_encoder,
334     .encode         = a64multi_encode_frame,
335     .close          = a64multi_close_encoder,
336     .pix_fmts       = (enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
337     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
338     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
339 };
340
341 AVCodec a64multi5_encoder = {
342     .name           = "a64multi5",
343     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
344     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI5,
345     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
346     .init           = a64multi_init_encoder,
347     .encode         = a64multi_encode_frame,
348     .close          = a64multi_close_encoder,
349     .pix_fmts       = (enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
350     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
351     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
352 };