mpeg4 b-frames :)
[ffmpeg.git] / libavcodec / mpegvideo.h
1 /*
2  * Generic DCT based hybrid video encoder
3  * Copyright (c) 2000,2001 Gerard Lantau.
4  *
5  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
6  * it under the terms of the GNU General Public License as published by
7  * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
8  * (at your option) any later version.
9  *
10  * This program is distributed in the hope that it will be useful,
11  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
12  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
13  * GNU General Public License for more details.
14  *
15  * You should have received a copy of the GNU General Public License
16  * along with this program; if not, write to the Free Software
17  * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
18  */
19
20 /* Macros for picture code type. */
21 #define I_TYPE 1
22 #define P_TYPE 2
23 #define B_TYPE 3
24 #define S_TYPE 4 //S(GMC)-VOP MPEG4
25
26 enum OutputFormat {
27     FMT_MPEG1,
28     FMT_H263,
29     FMT_MJPEG,
30 };
31
32 #define MPEG_BUF_SIZE (16 * 1024)
33
34 #define QMAT_SHIFT_MMX 19
35 #define QMAT_SHIFT 25
36
37 typedef struct MpegEncContext {
38     struct AVCodecContext *avctx;
39     /* the following parameters must be initialized before encoding */
40     int width, height; /* picture size. must be a multiple of 16 */
41     int gop_size;
42     int frame_rate; /* number of frames per second */
43     int intra_only; /* if true, only intra pictures are generated */
44     int bit_rate;        /* wanted bit rate */
45     enum OutputFormat out_format; /* output format */
46     int h263_plus; /* h263 plus headers */
47     int h263_rv10; /* use RV10 variation for H263 */
48     int h263_pred; /* use mpeg4/h263 ac/dc predictions */
49     int h263_msmpeg4; /* generate MSMPEG4 compatible stream */
50     int h263_intel; /* use I263 intel h263 header */
51     int fixed_qscale; /* fixed qscale if non zero */
52     int encoding;     /* true if we are encoding (vs decoding) */
53     /* the following fields are managed internally by the encoder */
54
55     /* bit output */
56     PutBitContext pb;
57
58     /* sequence parameters */
59     int context_initialized;
60     int picture_number;
61     int fake_picture_number; /* picture number at the bitstream frame rate */
62     int gop_picture_number;  /* index of the first picture of a GOP */
63     int mb_width, mb_height;
64     int mb_num;                /* number of MBs of a picture */
65     int linesize;              /* line size, in bytes, may be different from width */
66     UINT8 *new_picture[3];     /* picture to be compressed */
67     UINT8 *last_picture[3];    /* previous picture */
68     UINT8 *last_picture_base[3]; /* real start of the picture */
69     UINT8 *next_picture[3];    /* previous picture (for bidir pred) */
70     UINT8 *next_picture_base[3]; /* real start of the picture */
71     UINT8 *aux_picture[3];    /* aux picture (for B frames only) */
72     UINT8 *aux_picture_base[3]; /* real start of the picture */
73     UINT8 *current_picture[3]; /* buffer to store the decompressed current picture */
74     int last_dc[3]; /* last DC values for MPEG1 */
75     INT16 *dc_val[3]; /* used for mpeg4 DC prediction */
76     int y_dc_scale, c_dc_scale;
77     UINT8 *coded_block; /* used for coded block pattern prediction */
78     INT16 (*ac_val[3])[16]; /* used for for mpeg4 AC prediction */
79     int ac_pred;
80     int mb_skiped;              /* MUST BE SET only during DECODING */
81     UINT8 *mbskip_table;        /* used to avoid copy if macroblock
82                                    skipped (for black regions for example) */
83     UINT8 *mbintra_table;            /* used to kill a few memsets */
84
85     int qscale;
86     int pict_type;
87     int last_non_b_pict_type; /* used for mpeg4 gmc b-frames */
88     int frame_rate_index;
89     /* motion compensation */
90     int unrestricted_mv;
91     int h263_long_vectors; /* use horrible h263v1 long vector mode */
92
93     int f_code; /* resolution */
94     int b_code; /* backward resolution for B Frames (mpeg4) */
95     INT16 *mv_table[2];    /* MV table (1MV per MB)*/
96     INT16 (*motion_val)[2]; /* used for MV prediction (4MV per MB)*/
97     int full_search;
98     int mv_dir;
99 #define MV_DIR_BACKWARD  1
100 #define MV_DIR_FORWARD   2
101 #define MV_DIRECT        4 // bidirectional mode where the difference equals the MV of the last P/S/I-Frame (mpeg4)
102     int mv_type;
103 #define MV_TYPE_16X16       0   /* 1 vector for the whole mb */
104 #define MV_TYPE_8X8         1   /* 4 vectors (h263) */
105 #define MV_TYPE_16X8        2   /* 2 vectors, one per 16x8 block */ 
106 #define MV_TYPE_FIELD       3   /* 2 vectors, one per field */ 
107 #define MV_TYPE_DMV         4   /* 2 vectors, special mpeg2 Dual Prime Vectors */
108     /* motion vectors for a macroblock 
109        first coordinate : 0 = forward 1 = backward
110        second "         : depend on type
111        third  "         : 0 = x, 1 = y
112     */
113     int mv[2][4][2];
114     int field_select[2][2];
115     int last_mv[2][2][2];
116
117     int has_b_frames;
118     int no_rounding; /* apply no rounding to motion estimation (MPEG4) */
119
120     /* macroblock layer */
121     int mb_x, mb_y;
122     int mb_incr;
123     int mb_intra;
124     INT16 *mb_var;      /* Table for MB variances */
125     char *mb_type;    /* Table for MB type */
126     
127     /* matrix transmitted in the bitstream */
128     UINT16 intra_matrix[64];
129     UINT16 chroma_intra_matrix[64];
130     UINT16 non_intra_matrix[64];
131     UINT16 chroma_non_intra_matrix[64];
132     /* precomputed matrix (combine qscale and DCT renorm) */
133     int q_intra_matrix[64];
134     int q_non_intra_matrix[64];
135     /* identical to the above but for MMX & these are not permutated */
136     UINT16 __align8 q_intra_matrix16[64] ;
137     UINT16 __align8 q_non_intra_matrix16[64];
138     int block_last_index[6];  /* last non zero coefficient in block */
139
140     void *opaque; /* private data for the user */
141
142     /* bit rate control */
143     int I_frame_bits;    /* wanted number of bits per I frame */
144     int P_frame_bits;    /* same for P frame */
145     int avg_mb_var;        /* average MB variance for current frame */
146     INT64 wanted_bits;
147     INT64 total_bits;
148     
149     /* H.263 specific */
150     int gob_number;
151     int gob_index;
152     int first_gob_line;
153         
154     /* H.263+ specific */
155     int umvplus;
156     int umvplus_dec;
157     int h263_aic; /* Advanded INTRA Coding (AIC) */
158     int h263_aic_dir; /* AIC direction: 0 = left, 1 = top */
159     
160     /* mpeg4 specific */
161     int time_increment_resolution;
162     int time_increment_bits;
163     int time_increment;
164     int time_base;
165     int time;
166     int last_non_b_time[2];
167     int shape;
168     int vol_sprite_usage;
169     int sprite_width;
170     int sprite_height;
171     int sprite_left;
172     int sprite_top;
173     int sprite_brightness_change;
174     int num_sprite_warping_points;
175     int real_sprite_warping_points;
176     int sprite_offset[2][2];
177     int sprite_delta[2][2][2];
178     int sprite_shift[2][2];
179     int mcsel;
180     int quant_precision;
181     int quarter_sample;
182     int scalability;
183     int new_pred;
184     int reduced_res_vop;
185     int aspect_ratio_info;
186     int sprite_warping_accuracy;
187     int low_latency_sprite;
188     int data_partioning;
189
190     /* divx specific, used to workaround (many) bugs in divx5 */
191     int divx_version;
192     int divx_build;
193
194     /* RV10 specific */
195     int rv10_version; /* RV10 version: 0 or 3 */
196     int rv10_first_dc_coded[3];
197     
198     /* MJPEG specific */
199     struct MJpegContext *mjpeg_ctx;
200     int mjpeg_vsample[3]; /* vertical sampling factors, default = {2, 1, 1} */
201     int mjpeg_hsample[3]; /* horizontal sampling factors, default = {2, 1, 1} */
202     int mjpeg_write_tables; /* do we want to have quantisation- and
203                                huffmantables in the jpeg file ? */
204
205     /* MSMPEG4 specific */
206     int mv_table_index;
207     int rl_table_index;
208     int rl_chroma_table_index;
209     int dc_table_index;
210     int use_skip_mb_code;
211     int slice_height;      /* in macroblocks */
212     int first_slice_line;  
213     int flipflop_rounding;
214     int bitrate;
215     /* decompression specific */
216     GetBitContext gb;
217
218     /* MPEG2 specific - I wish I had not to support this mess. */
219     int progressive_sequence;
220     int mpeg_f_code[2][2];
221     int picture_structure;
222 /* picture type */
223 #define PICT_TOP_FIELD     1
224 #define PICT_BOTTOM_FIELD  2
225 #define PICT_FRAME         3
226
227     int intra_dc_precision;
228     int frame_pred_frame_dct;
229     int top_field_first;
230     int concealment_motion_vectors;
231     int q_scale_type;
232     int intra_vlc_format;
233     int alternate_scan;
234     int repeat_first_field;
235     int chroma_420_type;
236     int progressive_frame;
237     int mpeg2;
238     int full_pel[2];
239     int interlaced_dct;
240     int last_qscale;
241     int first_slice;
242     
243     /* RTP specific */
244     /* These are explained on avcodec.h */
245     int rtp_mode;
246     int rtp_payload_size;
247     void (*rtp_callback)(void *data, int size, int packet_number);
248     UINT8 *ptr_lastgob;
249     UINT8 *ptr_last_mb_line;
250     UINT32 mb_line_avgsize;
251     
252     DCTELEM block[6][64] __align8;
253     void (*dct_unquantize)(struct MpegEncContext *s, 
254                            DCTELEM *block, int n, int qscale);
255 } MpegEncContext;
256
257 int MPV_common_init(MpegEncContext *s);
258 void MPV_common_end(MpegEncContext *s);
259 void MPV_decode_mb(MpegEncContext *s, DCTELEM block[6][64]);
260 void MPV_frame_start(MpegEncContext *s);
261 void MPV_frame_end(MpegEncContext *s);
262 #ifdef HAVE_MMX
263 void MPV_common_init_mmx(MpegEncContext *s);
264 #endif
265
266 /* motion_est.c */
267
268 int estimate_motion(MpegEncContext *s, 
269                     int mb_x, int mb_y,
270                     int *mx_ptr, int *my_ptr);
271
272 /* mpeg12.c */
273 extern INT16 default_intra_matrix[64];
274 extern INT16 default_non_intra_matrix[64];
275
276 void mpeg1_encode_picture_header(MpegEncContext *s, int picture_number);
277 void mpeg1_encode_mb(MpegEncContext *s,
278                      DCTELEM block[6][64],
279                      int motion_x, int motion_y);
280
281 /* h263enc.c */
282
283 /* run length table */
284 #define MAX_RUN    64
285 #define MAX_LEVEL  64
286
287 typedef struct RLTable {
288     int n; /* number of entries of table_vlc minus 1 */
289     int last; /* number of values for last = 0 */
290     const UINT16 (*table_vlc)[2];
291     const INT8 *table_run;
292     const INT8 *table_level;
293     UINT8 *index_run[2]; /* encoding only */
294     INT8 *max_level[2]; /* encoding & decoding */
295     INT8 *max_run[2];   /* encoding & decoding */
296     VLC vlc;            /* decoding only */
297 } RLTable;
298
299 void init_rl(RLTable *rl);
300 void init_vlc_rl(RLTable *rl);
301
302 static inline int get_rl_index(const RLTable *rl, int last, int run, int level)
303 {
304     int index;
305     index = rl->index_run[last][run];
306     if (index >= rl->n)
307         return rl->n;
308     if (level > rl->max_level[last][run])
309         return rl->n;
310     return index + level - 1;
311 }
312
313 void h263_encode_mb(MpegEncContext *s, 
314                     DCTELEM block[6][64],
315                     int motion_x, int motion_y);
316 void h263_encode_picture_header(MpegEncContext *s, int picture_number);
317 int h263_encode_gob_header(MpegEncContext * s, int mb_line);
318 void h263_dc_scale(MpegEncContext *s);
319 INT16 *h263_pred_motion(MpegEncContext * s, int block, 
320                         int *px, int *py);
321 void mpeg4_pred_ac(MpegEncContext * s, INT16 *block, int n, 
322                    int dir);
323 void mpeg4_encode_picture_header(MpegEncContext *s, int picture_number);
324 void h263_encode_init_vlc(MpegEncContext *s);
325
326 void h263_decode_init_vlc(MpegEncContext *s);
327 int h263_decode_picture_header(MpegEncContext *s);
328 int h263_decode_gob_header(MpegEncContext *s);
329 int mpeg4_decode_picture_header(MpegEncContext * s);
330 int intel_h263_decode_picture_header(MpegEncContext *s);
331 int h263_decode_mb(MpegEncContext *s,
332                    DCTELEM block[6][64]);
333 int h263_get_picture_format(int width, int height);
334
335 /* rv10.c */
336 void rv10_encode_picture_header(MpegEncContext *s, int picture_number);
337 int rv_decode_dc(MpegEncContext *s, int n);
338
339 /* msmpeg4.c */
340 void msmpeg4_encode_picture_header(MpegEncContext * s, int picture_number);
341 void msmpeg4_encode_ext_header(MpegEncContext * s);
342 void msmpeg4_encode_mb(MpegEncContext * s, 
343                        DCTELEM block[6][64],
344                        int motion_x, int motion_y);
345 void msmpeg4_dc_scale(MpegEncContext * s);
346 int msmpeg4_decode_picture_header(MpegEncContext * s);
347 int msmpeg4_decode_ext_header(MpegEncContext * s, int buf_size);
348 int msmpeg4_decode_mb(MpegEncContext *s, 
349                       DCTELEM block[6][64]);
350 int msmpeg4_decode_init_vlc(MpegEncContext *s);
351
352 /* mjpegenc.c */
353
354 int mjpeg_init(MpegEncContext *s);
355 void mjpeg_close(MpegEncContext *s);
356 void mjpeg_encode_mb(MpegEncContext *s, 
357                      DCTELEM block[6][64]);
358 void mjpeg_picture_header(MpegEncContext *s);
359 void mjpeg_picture_trailer(MpegEncContext *s);