Merge commit 'c63dd3f0a48a9f6389d253597ab51caddc0118db'
[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, 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                         /* build average over 2 pixels */
82                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
83                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
84                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
85                         dest[0] = luma;
86                     }
87                     dest++;
88                 }
89             }
90         }
91     }
92 }
93
94 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
95                            uint8_t *colrammap)
96 {
97     A64Context *c = avctx->priv_data;
98     uint8_t row1, row2;
99     int charpos, x, y;
100     int a, b;
101     uint8_t pix;
102     int lowdiff, highdiff;
103     int *best_cb = c->mc_best_cb;
104     static uint8_t index1[256];
105     static uint8_t index2[256];
106     static uint8_t dither[256];
107     int i;
108     int distance;
109
110     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
111     i = 0;
112     for (a=0; a < 256; a++) {
113         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
114             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
115             for(b = 0; b <= distance; b++) {
116                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
117             }
118             i++;
119         }
120         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
121         index1[a] = i;
122         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
123     }
124
125     /* and render charset */
126     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
127         lowdiff  = 0;
128         highdiff = 0;
129         for (y = 0; y < 8; y++) {
130             row1 = 0; row2 = 0;
131             for (x = 0; x < 4; x++) {
132                 pix = best_cb[y * 4 + x];
133
134                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
135                 if (index1[pix] >= 3)
136                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
137                 if (index1[pix] < 1)
138                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
139
140                 row1 <<= 2;
141
142                 if (INTERLACED) {
143                     row2 <<= 2;
144                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
145                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
146                     else
147                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
148
149                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
150                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
151                     else
152                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
153                 }
154                 else {
155                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
156                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
157                     else
158                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
159                 }
160             }
161             charset[y+0x000] = row1;
162             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
163         }
164         /* do we need to adjust pixels? */
165         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
166             if (lowdiff > highdiff) {
167                 for (x = 0; x < 32; x++)
168                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
169             } else {
170                 for (x = 0; x < 32; x++)
171                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
172             }
173             charpos--;          /* redo now adjusted char */
174         /* no adjustment needed, all fine */
175         } else {
176             /* advance pointers */
177             best_cb += 32;
178             charset += 8;
179
180             /* remember colorram value */
181             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
182         }
183     }
184 }
185
186 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
187 {
188     A64Context *c = avctx->priv_data;
189     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
190     av_freep(&c->mc_meta_charset);
191     av_freep(&c->mc_best_cb);
192     av_freep(&c->mc_charset);
193     av_freep(&c->mc_charmap);
194     av_freep(&c->mc_colram);
195     return 0;
196 }
197
198 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
199 {
200     A64Context *c = avctx->priv_data;
201     int a;
202     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
203
204     if (avctx->global_quality < 1) {
205         c->mc_lifetime = 4;
206     } else {
207         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
208     }
209
210     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
211
212     c->mc_frame_counter = 0;
213     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
214     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
215
216     /* precalc luma values for later use */
217     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
218         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
219                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
220                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
221     }
222
223     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc_array(c->mc_lifetime, 32000 * sizeof(int))) ||
224        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
225        !(c->mc_charmap       = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 1000 * sizeof(int))) ||
226        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
227        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
228         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
229         return AVERROR(ENOMEM);
230     }
231
232     /* set up extradata */
233     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
234         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
235         return AVERROR(ENOMEM);
236     }
237     avctx->extradata_size = 8 * 4;
238     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
239     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
240
241     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
242     if (!avctx->coded_frame) {
243         a64multi_close_encoder(avctx);
244         return AVERROR(ENOMEM);
245     }
246
247     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
248     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
249     if (!avctx->codec_tag)
250          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
251
252     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
253
254     return 0;
255 }
256
257 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
258 {
259     int a;
260     uint8_t temp;
261     /* only needs to be done in 5col mode */
262     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
263     for (a = 0; a < 256; a++) {
264         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
265         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
266         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
267         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
268         buf[a] = temp << 2;
269     }
270 }
271
272 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
273                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
274 {
275     A64Context *c = avctx->priv_data;
276     AVFrame *const p = avctx->coded_frame;
277
278     int frame;
279     int x, y;
280     int b_height;
281     int b_width;
282
283     int req_size, ret;
284     uint8_t *buf = NULL;
285
286     int *charmap     = c->mc_charmap;
287     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
288     uint8_t *charset = c->mc_charset;
289     int *meta        = c->mc_meta_charset;
290     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
291
292     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
293     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
294     int screen_size;
295
296     if(CROP_SCREENS) {
297         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
298         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
299         screen_size = b_width * b_height;
300     } else {
301         b_height = C64YRES >> 3;
302         b_width  = C64XRES >> 3;
303         screen_size = 0x400;
304     }
305
306     /* no data, means end encoding asap */
307     if (!pict) {
308         /* all done, end encoding */
309         if (!c->mc_lifetime) return 0;
310         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
311         if (!c->mc_frame_counter) {
312             c->mc_lifetime = 0;
313         }
314         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
315         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
316     /* still new data available */
317     } else {
318         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
319         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
320             *p = *pict;
321             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
322             p->key_frame = 1;
323             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
324             c->mc_frame_counter++;
325             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
326                 c->next_pts = pict->pts;
327             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
328             return 0;
329         }
330     }
331
332     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
333     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
334         req_size = 0;
335         /* any frames to encode? */
336         if (c->mc_lifetime) {
337             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
338             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, req_size)) < 0)
339                 return ret;
340             buf = pkt->data;
341
342             /* calc optimal new charset + charmaps */
343             ret = avpriv_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
344                                CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
345             if (ret < 0)
346                 return ret;
347             ret = avpriv_do_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
348                              CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
349             if (ret < 0)
350                 return ret;
351
352             /* create colorram map and a c64 readable charset */
353             render_charset(avctx, charset, colram);
354
355             /* copy charset to buf */
356             memcpy(buf, charset, charset_size);
357
358             /* advance pointers */
359             buf      += charset_size;
360         }
361
362         /* write x frames to buf */
363         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
364             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
365             for (y = 0; y < b_height; y++) {
366                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
367                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
368                 }
369             }
370             /* advance pointers */
371             buf += screen_size;
372             req_size += screen_size;
373
374             /* compress and copy colram to buf */
375             if (c->mc_use_5col) {
376                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
377                 /* advance pointers */
378                 buf += colram_size;
379                 req_size += colram_size;
380             }
381
382             /* advance to next charmap */
383             charmap += 1000;
384         }
385
386         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
387         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
388         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
389
390         /* reset counter */
391         c->mc_frame_counter = 0;
392
393         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
394         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
395
396         pkt->size   = req_size;
397         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
398         *got_packet = !!req_size;
399     }
400     return 0;
401 }
402
403 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
404 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
405     .name           = "a64multi",
406     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
407     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
408     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
409     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
410     .init           = a64multi_encode_init,
411     .encode2        = a64multi_encode_frame,
412     .close          = a64multi_close_encoder,
413     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
414     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
415 };
416 #endif
417 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
418 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
419     .name           = "a64multi5",
420     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
421     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
422     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
423     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
424     .init           = a64multi_encode_init,
425     .encode2        = a64multi_encode_frame,
426     .close          = a64multi_close_encoder,
427     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
428     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
429 };
430 #endif