ee827ce1ea84a46876336e6994ff1bcb1e9f378a
[ffmpeg.git] / libavcodec / libdiracenc.c
1 /*
2  * Dirac encoding support via libdirac library
3  * Copyright (c) 2005 BBC, Andrew Kennedy <dirac at rd dot bbc dot co dot uk>
4  * Copyright (c) 2006-2008 BBC, Anuradha Suraparaju <asuraparaju at gmail dot com >
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24 * @file libdiracenc.c
25 * Dirac encoding support via libdirac library; more details about the
26 * Dirac project can be found at http://dirac.sourceforge.net/.
27 * The libdirac_encoder library implements Dirac specification version 2.2
28 * (http://dirac.sourceforge.net/specification.html).
29 */
30
31 #include "libdirac_libschro.h"
32 #include "libdirac.h"
33
34 #undef NDEBUG
35 #include <assert.h>
36
37
38 #include <libdirac_encoder/dirac_encoder.h>
39
40 /** Dirac encoder private data */
41 typedef struct FfmpegDiracEncoderParams
42 {
43     /** Dirac encoder context */
44     dirac_encoder_context_t enc_ctx;
45
46     /** frame being encoded */
47     AVFrame picture;
48
49     /** frame size */
50     int frame_size;
51
52     /** Dirac encoder handle */
53     dirac_encoder_t* p_encoder;
54
55     /** input frame buffer */
56     unsigned char *p_in_frame_buf;
57
58     /** buffer to store encoder output before writing it to the frame queue */
59     unsigned char *enc_buf;
60
61     /** size of encoder buffer */
62     int enc_buf_size;
63
64     /** queue storing encoded frames */
65     FfmpegDiracSchroQueue enc_frame_queue;
66
67     /** end of sequence signalled by user, 0 - false, 1 - true */
68     int eos_signalled;
69
70     /** end of sequence returned by encoder, 0 - false, 1 - true */
71     int eos_pulled;
72 } FfmpegDiracEncoderParams;
73
74 /**
75 * Works out Dirac-compatible chroma format.
76 */
77 static dirac_chroma_t GetDiracChromaFormat(enum PixelFormat ff_pix_fmt)
78 {
79     int num_formats = sizeof(ffmpeg_dirac_pixel_format_map) /
80                       sizeof(ffmpeg_dirac_pixel_format_map[0]);
81     int idx;
82
83     for (idx = 0; idx < num_formats; ++idx) {
84         if (ffmpeg_dirac_pixel_format_map[idx].ff_pix_fmt == ff_pix_fmt) {
85             return ffmpeg_dirac_pixel_format_map[idx].dirac_pix_fmt;
86         }
87     }
88     return formatNK;
89 }
90
91 /**
92 * Dirac video preset table. Ensure that this tables matches up correctly
93 * with the ff_dirac_schro_video_format_info table in libdirac_libschro.c.
94 */
95 static const VideoFormat ff_dirac_video_formats[]={
96     VIDEO_FORMAT_CUSTOM           ,
97     VIDEO_FORMAT_QSIF525          ,
98     VIDEO_FORMAT_QCIF             ,
99     VIDEO_FORMAT_SIF525           ,
100     VIDEO_FORMAT_CIF              ,
101     VIDEO_FORMAT_4SIF525          ,
102     VIDEO_FORMAT_4CIF             ,
103     VIDEO_FORMAT_SD_480I60        ,
104     VIDEO_FORMAT_SD_576I50        ,
105     VIDEO_FORMAT_HD_720P60        ,
106     VIDEO_FORMAT_HD_720P50        ,
107     VIDEO_FORMAT_HD_1080I60       ,
108     VIDEO_FORMAT_HD_1080I50       ,
109     VIDEO_FORMAT_HD_1080P60       ,
110     VIDEO_FORMAT_HD_1080P50       ,
111     VIDEO_FORMAT_DIGI_CINEMA_2K24 ,
112     VIDEO_FORMAT_DIGI_CINEMA_4K24 ,
113 };
114
115 /**
116 * Returns the video format preset matching the input video dimensions and
117 * time base.
118 */
119 static VideoFormat GetDiracVideoFormatPreset (AVCodecContext *avccontext)
120 {
121     unsigned int num_formats = sizeof(ff_dirac_video_formats) /
122                                sizeof(ff_dirac_video_formats[0]);
123
124     unsigned int idx = ff_dirac_schro_get_video_format_idx (avccontext);
125
126     return (idx < num_formats) ?
127                  ff_dirac_video_formats[idx] : VIDEO_FORMAT_CUSTOM;
128 }
129
130 static int libdirac_encode_init(AVCodecContext *avccontext)
131 {
132
133     FfmpegDiracEncoderParams* p_dirac_params = avccontext->priv_data;
134     int no_local = 1;
135     int verbose = avccontext->debug;
136     VideoFormat preset;
137
138     /* get Dirac preset */
139     preset = GetDiracVideoFormatPreset(avccontext);
140
141     /* initialize the encoder context */
142     dirac_encoder_context_init (&(p_dirac_params->enc_ctx), preset);
143
144     p_dirac_params->enc_ctx.src_params.chroma =
145                                 GetDiracChromaFormat(avccontext->pix_fmt);
146
147     if (p_dirac_params->enc_ctx.src_params.chroma == formatNK) {
148         av_log (avccontext, AV_LOG_ERROR,
149                 "Unsupported pixel format %d. This codec supports only "
150                 "Planar YUV formats (yuv420p, yuv422p, yuv444p\n",
151                 avccontext->pix_fmt);
152         return -1;
153     }
154
155     p_dirac_params->enc_ctx.src_params.frame_rate.numerator   =
156                                              avccontext->time_base.den;
157     p_dirac_params->enc_ctx.src_params.frame_rate.denominator =
158                                              avccontext->time_base.num;
159
160     p_dirac_params->enc_ctx.src_params.width  = avccontext->width;
161     p_dirac_params->enc_ctx.src_params.height = avccontext->height;
162
163     p_dirac_params->frame_size = avpicture_get_size(avccontext->pix_fmt,
164                                                     avccontext->width,
165                                                     avccontext->height);
166
167     avccontext->coded_frame = &p_dirac_params->picture;
168
169     if (no_local) {
170         p_dirac_params->enc_ctx.decode_flag = 0;
171         p_dirac_params->enc_ctx.instr_flag  = 0;
172     } else {
173         p_dirac_params->enc_ctx.decode_flag = 1;
174         p_dirac_params->enc_ctx.instr_flag  = 1;
175     }
176
177     /* Intra-only sequence */
178     if (avccontext->gop_size == 0 )
179         p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.num_L1 = 0;
180     else
181         avccontext->has_b_frames = 1;
182
183     if (avccontext->flags & CODEC_FLAG_QSCALE) {
184         if (avccontext->global_quality != 0) {
185             p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.qf =
186                             avccontext->global_quality / (FF_QP2LAMBDA*10.0);
187             /* if it is not default bitrate then send target rate. */
188             if (avccontext->bit_rate >= 1000 &&
189                 avccontext->bit_rate != 200000) {
190                p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.trate =
191                              avccontext->bit_rate / 1000;
192             }
193         } else
194             p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.lossless = 1;
195     } else if (avccontext->bit_rate >= 1000)
196         p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.trate = avccontext->bit_rate / 1000;
197
198     if ((preset > VIDEO_FORMAT_QCIF || preset < VIDEO_FORMAT_QSIF525) &&
199          avccontext->bit_rate == 200000) {
200         p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.trate = 0;
201     }
202
203     if (avccontext->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_ME) {
204         /* all material can be coded as interlaced or progressive
205          * irrespective of the type of source material */
206         p_dirac_params->enc_ctx.enc_params.picture_coding_mode = 1;
207     }
208
209     p_dirac_params->p_encoder = dirac_encoder_init (&(p_dirac_params->enc_ctx),
210                                                     verbose );
211
212     if (!p_dirac_params->p_encoder) {
213         av_log(avccontext, AV_LOG_ERROR,
214                "Unrecoverable Error: dirac_encoder_init failed. ");
215         return EXIT_FAILURE;
216     }
217
218     /* allocate enough memory for the incoming data */
219     p_dirac_params->p_in_frame_buf = av_malloc(p_dirac_params->frame_size);
220
221     /* initialize the encoded frame queue */
222     ff_dirac_schro_queue_init(&p_dirac_params->enc_frame_queue);
223
224     return 0 ;
225 }
226
227 static void DiracFreeFrame (void *data)
228 {
229     FfmpegDiracSchroEncodedFrame *enc_frame = data;
230
231     av_freep (&(enc_frame->p_encbuf));
232     av_free(enc_frame);
233 }
234
235 static int libdirac_encode_frame(AVCodecContext *avccontext,
236                                  unsigned char *frame,
237                                  int buf_size, void *data)
238 {
239     int enc_size = 0;
240     dirac_encoder_state_t state;
241     FfmpegDiracEncoderParams* p_dirac_params = avccontext->priv_data;
242     FfmpegDiracSchroEncodedFrame* p_frame_output = NULL;
243     FfmpegDiracSchroEncodedFrame* p_next_output_frame = NULL;
244     int go = 1;
245     int last_frame_in_sequence = 0;
246
247     if (data == NULL) {
248         /* push end of sequence if not already signalled */
249         if (!p_dirac_params->eos_signalled) {
250             dirac_encoder_end_sequence( p_dirac_params->p_encoder );
251             p_dirac_params->eos_signalled = 1;
252         }
253     } else {
254
255         /* Allocate frame data to Dirac input buffer.
256          * Input line size may differ from what the codec supports,
257          * especially when transcoding from one format to another.
258          * So use avpicture_layout to copy the frame. */
259         avpicture_layout ((AVPicture *)data, avccontext->pix_fmt,
260                           avccontext->width, avccontext->height,
261                           p_dirac_params->p_in_frame_buf,
262                           p_dirac_params->frame_size);
263
264         /* load next frame */
265         if (dirac_encoder_load (p_dirac_params->p_encoder,
266                                 p_dirac_params->p_in_frame_buf,
267                                 p_dirac_params->frame_size ) < 0) {
268             av_log(avccontext, AV_LOG_ERROR, "Unrecoverable Encoder Error."
269                    " dirac_encoder_load failed...\n");
270             return -1;
271         }
272     }
273
274     if (p_dirac_params->eos_pulled)
275         go = 0;
276
277     while(go) {
278         p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.buffer = frame;
279         p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.size   = buf_size;
280         /* process frame */
281         state = dirac_encoder_output ( p_dirac_params->p_encoder );
282
283         switch (state)
284         {
285         case ENC_STATE_AVAIL:
286         case ENC_STATE_EOS:
287             assert (p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.size > 0);
288
289             /* All non-frame data is prepended to actual frame data to
290              * be able to set the pts correctly. So we don't write data
291              * to the frame output queue until we actually have a frame
292              */
293
294             p_dirac_params->enc_buf = av_realloc (
295                                       p_dirac_params->enc_buf,
296                                       p_dirac_params->enc_buf_size +
297                                       p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.size
298                                       );
299             memcpy(p_dirac_params->enc_buf + p_dirac_params->enc_buf_size,
300                    p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.buffer,
301                    p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.size);
302
303             p_dirac_params->enc_buf_size +=
304                                      p_dirac_params->p_encoder->enc_buf.size;
305
306             if (state == ENC_STATE_EOS) {
307                 p_dirac_params->eos_pulled = 1;
308                 go = 0;
309             }
310
311             /* If non-frame data, don't output it until it we get an
312              * encoded frame back from the encoder. */
313             if (p_dirac_params->p_encoder->enc_pparams.pnum == -1)
314                 break;
315
316             /* create output frame */
317             p_frame_output = av_mallocz(sizeof(FfmpegDiracSchroEncodedFrame));
318             /* set output data */
319             p_frame_output->size     = p_dirac_params->enc_buf_size;
320             p_frame_output->p_encbuf = p_dirac_params->enc_buf;
321             p_frame_output->frame_num =
322                             p_dirac_params->p_encoder->enc_pparams.pnum;
323
324             if (p_dirac_params->p_encoder->enc_pparams.ptype == INTRA_PICTURE &&
325                 p_dirac_params->p_encoder->enc_pparams.rtype == REFERENCE_PICTURE)
326                 p_frame_output->key_frame = 1;
327
328             ff_dirac_schro_queue_push_back (&p_dirac_params->enc_frame_queue,
329                                             p_frame_output);
330
331             p_dirac_params->enc_buf_size = 0;
332             p_dirac_params->enc_buf      = NULL;
333             break;
334
335         case ENC_STATE_BUFFER:
336             go = 0;
337             break;
338
339         case ENC_STATE_INVALID:
340             av_log(avccontext, AV_LOG_ERROR,
341                    "Unrecoverable Dirac Encoder Error. Quitting...\n");
342             return -1;
343
344         default:
345             av_log(avccontext, AV_LOG_ERROR, "Unknown Dirac Encoder state\n");
346             return -1;
347         }
348     }
349
350     /* copy 'next' frame in queue */
351
352     if (p_dirac_params->enc_frame_queue.size == 1 &&
353         p_dirac_params->eos_pulled)
354         last_frame_in_sequence = 1;
355
356     p_next_output_frame =
357           ff_dirac_schro_queue_pop(&p_dirac_params->enc_frame_queue);
358
359     if (p_next_output_frame == NULL)
360         return 0;
361
362     memcpy(frame, p_next_output_frame->p_encbuf, p_next_output_frame->size);
363     avccontext->coded_frame->key_frame = p_next_output_frame->key_frame;
364     /* Use the frame number of the encoded frame as the pts. It is OK to do
365      * so since Dirac is a constant framerate codec. It expects input to be
366      * of constant framerate. */
367     avccontext->coded_frame->pts = p_next_output_frame->frame_num;
368     enc_size = p_next_output_frame->size;
369
370     /* Append the end of sequence information to the last frame in the
371      * sequence. */
372     if (last_frame_in_sequence && p_dirac_params->enc_buf_size > 0)
373     {
374         memcpy (frame + enc_size, p_dirac_params->enc_buf,
375                 p_dirac_params->enc_buf_size);
376         enc_size += p_dirac_params->enc_buf_size;
377         av_freep (&p_dirac_params->enc_buf);
378         p_dirac_params->enc_buf_size = 0;
379     }
380
381     /* free frame */
382     DiracFreeFrame(p_next_output_frame);
383
384     return enc_size;
385 }
386
387 static int libdirac_encode_close(AVCodecContext *avccontext)
388 {
389     FfmpegDiracEncoderParams* p_dirac_params  = avccontext->priv_data;
390
391     /* close the encoder */
392     dirac_encoder_close(p_dirac_params->p_encoder );
393
394     /* free data in the output frame queue */
395     ff_dirac_schro_queue_free(&p_dirac_params->enc_frame_queue,
396                               DiracFreeFrame);
397
398     /* free the encoder buffer */
399     if (p_dirac_params->enc_buf_size)
400         av_freep(&p_dirac_params->enc_buf);
401
402     /* free the input frame buffer */
403     av_freep(&p_dirac_params->p_in_frame_buf);
404
405     return 0 ;
406 }
407
408
409 AVCodec libdirac_encoder = {
410     "libdirac",
411     CODEC_TYPE_VIDEO,
412     CODEC_ID_DIRAC,
413     sizeof(FfmpegDiracEncoderParams),
414     libdirac_encode_init,
415     libdirac_encode_frame,
416     libdirac_encode_close,
417    .capabilities= CODEC_CAP_DELAY,
418    .pix_fmts= (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV444P, -1},
419    .long_name= NULL_IF_CONFIG_SMALL("libdirac Dirac 2.2"),
420 } ;