dds: Fix enum declaration
[ffmpeg.git] / libavcodec / roqvideoenc.c
1 /*
2  * RoQ Video Encoder.
3  *
4  * Copyright (C) 2007 Vitor Sessak <vitor1001@gmail.com>
5  * Copyright (C) 2004-2007 Eric Lasota
6  *    Based on RoQ specs (C) 2001 Tim Ferguson
7  *
8  * This file is part of Libav.
9  *
10  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 /**
26  * @file
27  * id RoQ encoder by Vitor. Based on the Switchblade3 library and the
28  * Switchblade3 Libav glue by Eric Lasota.
29  */
30
31 /*
32  * COSTS:
33  * Level 1:
34  *  SKIP - 2 bits
35  *  MOTION - 2 + 8 bits
36  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
37  *  SUBDIVIDE - 2 + combined subcel cost
38  *
39  * Level 2:
40  *  SKIP - 2 bits
41  *  MOTION - 2 + 8 bits
42  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
43  *  SUBDIVIDE - 2 + 4*8 bits
44  *
45  * Maximum cost: 138 bits per cel
46  *
47  * Proper evaluation requires LCD fraction comparison, which requires
48  * Squared Error (SE) loss * savings increase
49  *
50  * Maximum savings increase: 136 bits
51  * Maximum SE loss without overflow: 31580641
52  * Components in 8x8 supercel: 192
53  * Maximum SE precision per component: 164482
54  *    >65025, so no truncation is needed (phew)
55  */
56
57 #include <string.h>
58
59 #include "libavutil/attributes.h"
60 #include "roqvideo.h"
61 #include "bytestream.h"
62 #include "elbg.h"
63 #include "internal.h"
64 #include "mathops.h"
65
66 #define CHROMA_BIAS 1
67
68 /**
69  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
70  * Quake 3 bug.
71  */
72 #define MAX_CBS_4x4 255
73
74 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
75
76 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
77 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
78
79 /* Macroblock support functions */
80 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
81 {
82     memcpy(u  , cell->y, 4);
83     memset(u+4, cell->u, 4);
84     memset(u+8, cell->v, 4);
85 }
86
87 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
88 {
89     int i,cp;
90     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
91
92     for (cp=0; cp<3; cp++)
93         for (i=0; i<4; i++) {
94             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
95             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
96             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
97             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
98         }
99 }
100
101
102 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
103 {
104     int x,y,cp;
105
106     for(cp=0; cp<3; cp++)
107         for(y=0; y<8; y++)
108             for(x=0; x<8; x++)
109                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
110 }
111
112 static inline int square(int x)
113 {
114     return x*x;
115 }
116
117 static inline int eval_sse(const uint8_t *a, const uint8_t *b, int count)
118 {
119     int diff=0;
120
121     while(count--)
122         diff += square(*b++ - *a++);
123
124     return diff;
125 }
126
127 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
128 // just for motion estimation).
129 static int block_sse(uint8_t * const *buf1, uint8_t * const *buf2, int x1, int y1,
130                      int x2, int y2, const int *stride1, const int *stride2, int size)
131 {
132     int i, k;
133     int sse=0;
134
135     for (k=0; k<3; k++) {
136         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
137         for (i=0; i<size; i++)
138             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
139                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
140     }
141
142     return sse;
143 }
144
145 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
146                              int size)
147 {
148     int mx=vect.d[0];
149     int my=vect.d[1];
150
151     if (mx < -7 || mx > 7)
152         return INT_MAX;
153
154     if (my < -7 || my > 7)
155         return INT_MAX;
156
157     mx += x;
158     my += y;
159
160     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
161         return INT_MAX;
162
163     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
164                      mx, my,
165                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
166                      size);
167 }
168
169 /**
170  * @return distortion between two macroblocks
171  */
172 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
173 {
174     int cp, sdiff=0;
175
176     for(cp=0;cp<3;cp++) {
177         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
178         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
179         a += size*size;
180         b += size*size;
181     }
182
183     return sdiff;
184 }
185
186 typedef struct SubcelEvaluation {
187     int eval_dist[4];
188     int best_bit_use;
189     int best_coding;
190
191     int subCels[4];
192     motion_vect motion;
193     int cbEntry;
194 } SubcelEvaluation;
195
196 typedef struct CelEvaluation {
197     int eval_dist[4];
198     int best_coding;
199
200     SubcelEvaluation subCels[4];
201
202     motion_vect motion;
203     int cbEntry;
204
205     int sourceX, sourceY;
206 } CelEvaluation;
207
208 typedef struct RoqCodebooks {
209     int numCB4;
210     int numCB2;
211     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
212     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
213     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
214     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
215     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
216 } RoqCodebooks;
217
218 /**
219  * Temporary vars
220  */
221 typedef struct RoqTempData
222 {
223     CelEvaluation *cel_evals;
224
225     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
226     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
227     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
228     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
229
230     int mainChunkSize;
231
232     int numCB4;
233     int numCB2;
234
235     RoqCodebooks codebooks;
236
237     int *closest_cb2;
238     int used_option[4];
239 } RoqTempdata;
240
241 /**
242  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
243  */
244 static int create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
245 {
246     int n=0, x, y, i;
247
248     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(CelEvaluation));
249     if (!tempData->cel_evals)
250         return AVERROR(ENOMEM);
251
252     /* Map to the ROQ quadtree order */
253     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
254         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
255             for(i=0; i<4; i++) {
256                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
257                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
258             }
259
260     return 0;
261 }
262
263 /**
264  * Get macroblocks from parts of the image
265  */
266 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
267 {
268     int i, j, cp;
269
270     for (cp=0; cp<3; cp++) {
271         int stride = frame->linesize[cp];
272         for (i=0; i<dim; i++)
273             for (j=0; j<dim; j++)
274                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
275     }
276 }
277
278 /**
279  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
280  */
281 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
282                     int *outIndex, int dim)
283 {
284     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
285
286     /* Diff against the others */
287     for (i=0; i<numCB; i++) {
288         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
289         if (diff < lDiff) {
290             lDiff = diff;
291             pick = i;
292         }
293     }
294
295     *outIndex = pick;
296     return lDiff;
297 }
298
299 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
300     do { \
301         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
302             \
303         if (diff < lowestdiff) { \
304             lowestdiff = diff; \
305             bestpick = MOTION; \
306         } \
307     } while(0)
308
309 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
310 {
311     static const motion_vect offsets[8] = {
312         {{ 0,-1}},
313         {{ 0, 1}},
314         {{-1, 0}},
315         {{ 1, 0}},
316         {{-1, 1}},
317         {{ 1,-1}},
318         {{-1,-1}},
319         {{ 1, 1}},
320     };
321
322     int diff, lowestdiff, oldbest;
323     int off[3];
324     motion_vect bestpick = {{0,0}};
325     int i, j, k, offset;
326
327     motion_vect *last_motion;
328     motion_vect *this_motion;
329     motion_vect vect, vect2;
330
331     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
332
333     if (blocksize == 4) {
334         last_motion = enc->last_motion4;
335         this_motion = enc->this_motion4;
336     } else {
337         last_motion = enc->last_motion8;
338         this_motion = enc->this_motion8;
339     }
340
341     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
342         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
343             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
344                                           blocksize);
345             bestpick.d[0] = 0;
346             bestpick.d[1] = 0;
347
348             if (blocksize == 4)
349                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
350
351             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
352             if (offset < max && offset >= 0)
353                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
354
355             offset++;
356             if (offset < max && offset >= 0)
357                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
358
359             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
360             if (offset < max && offset >= 0)
361                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
362
363             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
364             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
365             off[2]= off[1] + 1;
366
367             if (i) {
368
369                 for(k=0; k<2; k++)
370                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
371                                         this_motion[off[1]].d[k],
372                                         this_motion[off[2]].d[k]);
373
374                 EVAL_MOTION(vect);
375                 for(k=0; k<3; k++)
376                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
377             } else if(j)
378                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
379
380             vect = bestpick;
381
382             oldbest = -1;
383             while (oldbest != lowestdiff) {
384                 oldbest = lowestdiff;
385                 for (k=0; k<8; k++) {
386                     vect2 = vect;
387                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
388                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
389                     EVAL_MOTION(vect2);
390                 }
391                 vect = bestpick;
392             }
393             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
394             this_motion[offset] = bestpick;
395         }
396 }
397
398 /**
399  * Get distortion for all options available to a subcel
400  */
401 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
402                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
403 {
404     uint8_t mb4[4*4*3];
405     uint8_t mb2[2*2*3];
406     int cluster_index;
407     int i, best_dist;
408
409     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
410
411     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
412         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
413
414         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
415             eval_motion_dist(enc, x, y,
416                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
417     } else
418         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
419
420     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
421         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
422                                                   enc->current_frame->data, x,
423                                                   y, x, y,
424                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
425                                                   enc->current_frame->linesize,
426                                                   4);
427     else
428         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
429
430     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
431
432     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
433
434     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
435                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
436                                              tempData->codebooks.numCB4,
437                                              &subcel->cbEntry, 4);
438
439     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
440
441     for(i=0;i<4;i++) {
442         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
443
444         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
445                      y+(i&2), mb2, 2);
446
447         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
448             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
449     }
450
451     best_dist = INT_MAX;
452     for (i=0; i<4; i++)
453         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
454             best_dist) {
455             subcel->best_coding = i;
456             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
457             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
458                 enc->lambda*bitsUsed[i];
459         }
460 }
461
462 /**
463  * Get distortion for all options available to a cel
464  */
465 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
466                                 RoqTempdata *tempData)
467 {
468     uint8_t mb8[8*8*3];
469     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
470     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
471
472     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
473
474     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
475         cel->motion = enc->this_motion8[index];
476
477         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
478             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
479                              enc->this_motion8[index], 8);
480     } else
481         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
482
483     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
484         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
485                                                enc->current_frame->data,
486                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
487                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
488                                                enc->frame_to_enc->linesize,
489                                                enc->current_frame->linesize,8);
490     else
491         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
492
493     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
494
495     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
496         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
497                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
498
499     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
500     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
501     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
502     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
503
504     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
505     divide_bit_use = 0;
506     for (i=0; i<4; i++) {
507         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
508             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
509         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
510     }
511
512     best_dist = INT_MAX;
513     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
514
515     for (i=0; i<4; i++)
516         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
517             best_dist) {
518             cel->best_coding = i;
519             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
520                 enc->lambda*bitsUsed[i];
521         }
522
523     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
524     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
525
526     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
527         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
528
529     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
530         for (i=0; i<4; i++) {
531             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
532                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
533             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
534                 for (j=0; j<4; j++)
535                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
536         }
537 }
538
539 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
540 {
541     int i, j, idx=0;
542
543     /* Make remaps for the final codebook usage */
544     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
545         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
546             tempData->i2f4[i] = idx;
547             tempData->f2i4[idx] = i;
548             for (j=0; j<4; j++)
549                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
550             idx++;
551         }
552     }
553
554     tempData->numCB4 = idx;
555
556     idx = 0;
557     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
558         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
559             tempData->i2f2[i] = idx;
560             tempData->f2i2[idx] = i;
561             idx++;
562         }
563     }
564     tempData->numCB2 = idx;
565
566 }
567
568 /**
569  * Write codebook chunk
570  */
571 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
572 {
573     int i, j;
574     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
575
576     if (tempData->numCB2) {
577         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
578         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
579         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
580         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
581
582         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
583             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
584             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
585             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
586         }
587
588         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
589             for (j=0; j<4; j++)
590                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
591
592     }
593 }
594
595 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
596 {
597     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
598     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
599     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
600 }
601
602 typedef struct CodingSpool {
603     int typeSpool;
604     int typeSpoolLength;
605     uint8_t argumentSpool[64];
606     uint8_t *args;
607     uint8_t **pout;
608 } CodingSpool;
609
610 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
611 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
612 {
613     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
614     s->typeSpoolLength += 2;
615     if (s->typeSpoolLength == 16) {
616         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
617         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
618                               s->args - s->argumentSpool);
619         s->typeSpoolLength = 0;
620         s->typeSpool = 0;
621         s->args = s->argumentSpool;
622     }
623 }
624
625 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
626 {
627     int i, j, k;
628     int x, y;
629     int subX, subY;
630     int dist=0;
631
632     roq_qcell *qcell;
633     CelEvaluation *eval;
634
635     CodingSpool spool;
636
637     spool.typeSpool=0;
638     spool.typeSpoolLength=0;
639     spool.args = spool.argumentSpool;
640     spool.pout = &enc->out_buf;
641
642     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
643         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
644
645     /* Write the video chunk header */
646     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
647     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
648     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
649     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
650
651     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
652         eval = tempData->cel_evals + i;
653
654         x = eval->sourceX;
655         y = eval->sourceY;
656         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
657
658         switch (eval->best_coding) {
659         case RoQ_ID_MOT:
660             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
661             break;
662
663         case RoQ_ID_FCC:
664             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
665
666             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
667             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
668                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
669             break;
670
671         case RoQ_ID_SLD:
672             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
673             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
674
675             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
676             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
677             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
678             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
679             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
680             break;
681
682         case RoQ_ID_CCC:
683             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
684
685             for (j=0; j<4; j++) {
686                 subX = x + 4*(j&1);
687                 subY = y + 2*(j&2);
688
689                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
690                 case RoQ_ID_MOT:
691                     break;
692
693                 case RoQ_ID_FCC:
694                     bytestream_put_byte(&spool.args,
695                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
696
697                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
698                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
699                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
700                     break;
701
702                 case RoQ_ID_SLD:
703                     bytestream_put_byte(&spool.args,
704                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
705
706                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
707
708                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
709                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
710                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
711                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
712                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
713                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
714                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
715                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
716                     break;
717
718                 case RoQ_ID_CCC:
719                     for (k=0; k<4; k++) {
720                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
721                         bytestream_put_byte(&spool.args,
722                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
723
724                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
725                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
726                     }
727                     break;
728                 }
729                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
730             }
731             break;
732         }
733     }
734
735     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
736     while (spool.typeSpoolLength)
737         write_typecode(&spool, 0x0);
738
739 #if 0
740     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
741                            enc->frame_to_enc->data[1],
742                            enc->frame_to_enc->data[2]};
743     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
744                            enc->current_frame->data[1],
745                            enc->current_frame->data[2]};
746     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
747            dist,
748            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
749                      enc->frame_to_enc->linesize,
750                      enc->current_frame->linesize,
751                      enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
752 #endif
753 }
754
755
756 /**
757  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
758  */
759 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t * const *data,
760                                        int top, int left, const int *stride)
761 {
762     int i, j, u=0, v=0;
763
764     for (i=0; i<2; i++)
765         for (j=0; j<2; j++) {
766             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
767             *block++ = data[0][x];
768             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
769             u       += data[1][x];
770             v       += data[2][x];
771         }
772
773     *block++ = (u+2)/4;
774     *block++ = (v+2)/4;
775 }
776
777 /**
778  * Create YUV clusters for the entire image
779  */
780 static void create_clusters(const AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
781 {
782     int i, j, k, l;
783
784     for (i=0; i<h; i+=4)
785         for (j=0; j<w; j+=4) {
786             for (k=0; k < 2; k++)
787                 for (l=0; l < 2; l++)
788                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
789                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
790             yuvClusters += 24;
791         }
792 }
793
794 static int generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
795                              int *points, int inputCount, roq_cell *results,
796                              int size, int cbsize)
797 {
798     int i, j, k, ret = 0;
799     int c_size = size*size/4;
800     int *buf;
801     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
802     int *closest_cb;
803
804     if (!codebook)
805         return AVERROR(ENOMEM);
806
807     if (size == 4) {
808         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
809         if (!closest_cb) {
810             ret = AVERROR(ENOMEM);
811             goto out;
812         }
813     } else
814         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
815
816     ret = ff_init_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
817                        cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
818     if (ret < 0)
819         goto out;
820     ret = ff_do_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
821                      cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
822     if (ret < 0)
823         goto out;
824
825     buf = codebook;
826     for (i=0; i<cbsize; i++)
827         for (k=0; k<c_size; k++) {
828             for(j=0; j<4; j++)
829                 results->y[j] = *buf++;
830
831             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
832             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
833             results++;
834         }
835 out:
836     if (size == 4)
837         av_free(closest_cb);
838     av_free(codebook);
839     return ret;
840 }
841
842 static int generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
843 {
844     int i, j, ret = 0;
845     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
846     int max = enc->width*enc->height/16;
847     uint8_t mb2[3*4];
848     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
849     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
850     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
851     int bias;
852
853     if (!results4 || !yuvClusters || !points) {
854         ret = AVERROR(ENOMEM);
855         goto out;
856     }
857
858     /* Subsample YUV data */
859     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
860
861     /* Cast to integer and apply chroma bias */
862     for (i=0; i<max*24; i++) {
863         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
864         points[i] = bias*yuvClusters[i];
865     }
866
867     /* Create 4x4 codebooks */
868     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max,
869                                  results4, 4, MAX_CBS_4x4)) < 0)
870         goto out;
871
872     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
873
874     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
875     if (!tempData->closest_cb2) {
876         ret = AVERROR(ENOMEM);
877         goto out;
878     }
879
880     /* Create 2x2 codebooks */
881     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max * 4,
882                                  enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2)) < 0)
883         goto out;
884
885     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
886
887     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
888     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
889         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
890
891     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
892     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
893         for (j=0; j<4; j++) {
894             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
895             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
896                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
897         }
898         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
899                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
900         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
901                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
902     }
903 out:
904     av_free(yuvClusters);
905     av_free(points);
906     av_free(results4);
907     return ret;
908 }
909
910 static int roq_encode_video(RoqContext *enc)
911 {
912     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
913     int i, ret;
914
915     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
916
917     ret = create_cel_evals(enc, tempData);
918     if (ret < 0)
919         return ret;
920
921     ret = generate_new_codebooks(enc, tempData);
922     if (ret < 0)
923         return ret;
924
925     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
926         motion_search(enc, 8);
927         motion_search(enc, 4);
928     }
929
930  retry_encode:
931     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
932         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
933
934     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
935     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535) {
936         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
937                "Warning, generated a frame too big (%d > 65535), "
938                "try using a smaller qscale value.\n",
939                tempData->mainChunkSize/8);
940         enc->lambda *= 1.5;
941         tempData->mainChunkSize = 0;
942         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
943         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
944                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
945         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
946                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
947
948         goto retry_encode;
949     }
950
951     remap_codebooks(enc, tempData);
952
953     write_codebooks(enc, tempData);
954
955     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
956                                  enc->width*enc->height/64);
957
958     /* Rotate frame history */
959     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
960     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
961     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
962
963     av_free(tempData->cel_evals);
964     av_free(tempData->closest_cb2);
965
966     enc->framesSinceKeyframe++;
967
968     return 0;
969 }
970
971 static av_cold int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
972 {
973     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
974
975     av_frame_free(&enc->current_frame);
976     av_frame_free(&enc->last_frame);
977
978     av_free(enc->tmpData);
979     av_free(enc->this_motion4);
980     av_free(enc->last_motion4);
981     av_free(enc->this_motion8);
982     av_free(enc->last_motion8);
983
984     return 0;
985 }
986
987 static av_cold int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
988 {
989     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
990
991     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
992
993     enc->avctx = avctx;
994
995     enc->framesSinceKeyframe = 0;
996     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
997         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
998         return -1;
999     }
1000
1001     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
1002         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
1003
1004     enc->width = avctx->width;
1005     enc->height = avctx->height;
1006
1007     enc->framesSinceKeyframe = 0;
1008     enc->first_frame = 1;
1009
1010     enc->last_frame    = av_frame_alloc();
1011     enc->current_frame = av_frame_alloc();
1012     if (!enc->last_frame || !enc->current_frame) {
1013         roq_encode_end(avctx);
1014         return AVERROR(ENOMEM);
1015     }
1016
1017     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
1018
1019     enc->this_motion4 =
1020         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
1021
1022     enc->last_motion4 =
1023         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
1024
1025     enc->this_motion8 =
1026         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
1027
1028     enc->last_motion8 =
1029         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
1030
1031     return 0;
1032 }
1033
1034 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
1035 {
1036     /* ROQ info chunk */
1037     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
1038
1039     /* Size: 8 bytes */
1040     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
1041
1042     /* Unused argument */
1043     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1044     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1045
1046     /* Width */
1047     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
1048
1049     /* Height */
1050     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
1051
1052     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
1053     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1054     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1055     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1056     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1057 }
1058
1059 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1060                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1061 {
1062     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1063     int size, ret;
1064
1065     enc->avctx = avctx;
1066
1067     enc->frame_to_enc = frame;
1068
1069     if (frame->quality)
1070         enc->lambda = frame->quality - 1;
1071     else
1072         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1073
1074     /* 138 bits max per 8x8 block +
1075      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1076     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1077     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, size)) < 0) {
1078         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet with size %d.\n", size);
1079         return ret;
1080     }
1081     enc->out_buf = pkt->data;
1082
1083     /* Check for I frame */
1084     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1085         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1086
1087     if (enc->first_frame) {
1088         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1089          for that) */
1090         if (ff_get_buffer(avctx, enc->current_frame, 0) ||
1091             ff_get_buffer(avctx, enc->last_frame, 0)) {
1092             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1093             return -1;
1094         }
1095
1096         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1097         roq_write_video_info_chunk(enc);
1098
1099         enc->first_frame = 0;
1100     }
1101
1102     /* Encode the actual frame */
1103     ret = roq_encode_video(enc);
1104     if (ret < 0)
1105         return ret;
1106
1107     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1108     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1109         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1110     *got_packet = 1;
1111
1112     return 0;
1113 }
1114
1115 AVCodec ff_roq_encoder = {
1116     .name                 = "roqvideo",
1117     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1118     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1119     .id                   = AV_CODEC_ID_ROQ,
1120     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1121     .init                 = roq_encode_init,
1122     .encode2              = roq_encode_frame,
1123     .close                = roq_encode_end,
1124     .supported_framerates = (const AVRational[]){ {30,1}, {0,0} },
1125     .pix_fmts             = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV444P,
1126                                                         AV_PIX_FMT_NONE },
1127 };