pngdec: decode and expose iCCP chunks as side data
[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 FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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 FFmpeg 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 "libavutil/opt.h"
61 #include "roqvideo.h"
62 #include "bytestream.h"
63 #include "elbg.h"
64 #include "internal.h"
65 #include "mathops.h"
66
67 #define CHROMA_BIAS 1
68
69 /**
70  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
71  * Quake 3 bug.
72  */
73 #define MAX_CBS_4x4 256
74
75 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
76
77 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
78 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
79
80 /* Macroblock support functions */
81 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
82 {
83     memcpy(u  , cell->y, 4);
84     memset(u+4, cell->u, 4);
85     memset(u+8, cell->v, 4);
86 }
87
88 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
89 {
90     int i,cp;
91     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
92
93     for (cp=0; cp<3; cp++)
94         for (i=0; i<4; i++) {
95             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
96             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
97             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
98             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
99         }
100 }
101
102
103 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
104 {
105     int x,y,cp;
106
107     for(cp=0; cp<3; cp++)
108         for(y=0; y<8; y++)
109             for(x=0; x<8; x++)
110                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
111 }
112
113 static inline int square(int x)
114 {
115     return x*x;
116 }
117
118 static inline int eval_sse(const uint8_t *a, const uint8_t *b, int count)
119 {
120     int diff=0;
121
122     while(count--)
123         diff += square(*b++ - *a++);
124
125     return diff;
126 }
127
128 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
129 // just for motion estimation).
130 static int block_sse(uint8_t * const *buf1, uint8_t * const *buf2, int x1, int y1,
131                      int x2, int y2, const int *stride1, const int *stride2, int size)
132 {
133     int i, k;
134     int sse=0;
135
136     for (k=0; k<3; k++) {
137         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
138         for (i=0; i<size; i++)
139             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
140                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
141     }
142
143     return sse;
144 }
145
146 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
147                              int size)
148 {
149     int mx=vect.d[0];
150     int my=vect.d[1];
151
152     if (mx < -7 || mx > 7)
153         return INT_MAX;
154
155     if (my < -7 || my > 7)
156         return INT_MAX;
157
158     mx += x;
159     my += y;
160
161     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
162         return INT_MAX;
163
164     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
165                      mx, my,
166                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
167                      size);
168 }
169
170 /**
171  * @return distortion between two macroblocks
172  */
173 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
174 {
175     int cp, sdiff=0;
176
177     for(cp=0;cp<3;cp++) {
178         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
179         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
180         a += size*size;
181         b += size*size;
182     }
183
184     return sdiff;
185 }
186
187 typedef struct SubcelEvaluation {
188     int eval_dist[4];
189     int best_bit_use;
190     int best_coding;
191
192     int subCels[4];
193     motion_vect motion;
194     int cbEntry;
195 } SubcelEvaluation;
196
197 typedef struct CelEvaluation {
198     int eval_dist[4];
199     int best_coding;
200
201     SubcelEvaluation subCels[4];
202
203     motion_vect motion;
204     int cbEntry;
205
206     int sourceX, sourceY;
207 } CelEvaluation;
208
209 typedef struct RoqCodebooks {
210     int numCB4;
211     int numCB2;
212     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
213     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
214     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
215     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
216     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
217 } RoqCodebooks;
218
219 /**
220  * Temporary vars
221  */
222 typedef struct RoqTempData
223 {
224     CelEvaluation *cel_evals;
225
226     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
227     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
228     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
229     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
230
231     int mainChunkSize;
232
233     int numCB4;
234     int numCB2;
235
236     RoqCodebooks codebooks;
237
238     int *closest_cb2;
239     int used_option[4];
240 } RoqTempdata;
241
242 /**
243  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
244  */
245 static int create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
246 {
247     int n=0, x, y, i;
248
249     tempData->cel_evals = av_malloc_array(enc->width*enc->height/64, sizeof(CelEvaluation));
250     if (!tempData->cel_evals)
251         return AVERROR(ENOMEM);
252
253     /* Map to the ROQ quadtree order */
254     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
255         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
256             for(i=0; i<4; i++) {
257                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
258                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
259             }
260
261     return 0;
262 }
263
264 /**
265  * Get macroblocks from parts of the image
266  */
267 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
268 {
269     int i, j, cp;
270
271     for (cp=0; cp<3; cp++) {
272         int stride = frame->linesize[cp];
273         for (i=0; i<dim; i++)
274             for (j=0; j<dim; j++)
275                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
276     }
277 }
278
279 /**
280  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
281  */
282 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
283                     int *outIndex, int dim)
284 {
285     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
286
287     /* Diff against the others */
288     for (i=0; i<numCB; i++) {
289         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
290         if (diff < lDiff) {
291             lDiff = diff;
292             pick = i;
293         }
294     }
295
296     *outIndex = pick;
297     return lDiff;
298 }
299
300 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
301     do { \
302         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
303             \
304         if (diff < lowestdiff) { \
305             lowestdiff = diff; \
306             bestpick = MOTION; \
307         } \
308     } while(0)
309
310 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
311 {
312     static const motion_vect offsets[8] = {
313         {{ 0,-1}},
314         {{ 0, 1}},
315         {{-1, 0}},
316         {{ 1, 0}},
317         {{-1, 1}},
318         {{ 1,-1}},
319         {{-1,-1}},
320         {{ 1, 1}},
321     };
322
323     int diff, lowestdiff, oldbest;
324     int off[3];
325     motion_vect bestpick = {{0,0}};
326     int i, j, k, offset;
327
328     motion_vect *last_motion;
329     motion_vect *this_motion;
330     motion_vect vect, vect2;
331
332     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
333
334     if (blocksize == 4) {
335         last_motion = enc->last_motion4;
336         this_motion = enc->this_motion4;
337     } else {
338         last_motion = enc->last_motion8;
339         this_motion = enc->this_motion8;
340     }
341
342     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
343         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
344             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
345                                           blocksize);
346             bestpick.d[0] = 0;
347             bestpick.d[1] = 0;
348
349             if (blocksize == 4)
350                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
351
352             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
353             if (offset < max && offset >= 0)
354                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
355
356             offset++;
357             if (offset < max && offset >= 0)
358                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
359
360             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
361             if (offset < max && offset >= 0)
362                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
363
364             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
365             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
366             off[2]= off[1] + 1;
367
368             if (i) {
369
370                 for(k=0; k<2; k++)
371                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
372                                         this_motion[off[1]].d[k],
373                                         this_motion[off[2]].d[k]);
374
375                 EVAL_MOTION(vect);
376                 for(k=0; k<3; k++)
377                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
378             } else if(j)
379                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
380
381             vect = bestpick;
382
383             oldbest = -1;
384             while (oldbest != lowestdiff) {
385                 oldbest = lowestdiff;
386                 for (k=0; k<8; k++) {
387                     vect2 = vect;
388                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
389                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
390                     EVAL_MOTION(vect2);
391                 }
392                 vect = bestpick;
393             }
394             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
395             this_motion[offset] = bestpick;
396         }
397 }
398
399 /**
400  * Get distortion for all options available to a subcel
401  */
402 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
403                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
404 {
405     uint8_t mb4[4*4*3];
406     uint8_t mb2[2*2*3];
407     int cluster_index;
408     int i, best_dist;
409
410     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
411
412     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
413         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
414
415         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
416             eval_motion_dist(enc, x, y,
417                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
418     } else
419         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
420
421     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
422         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
423                                                   enc->current_frame->data, x,
424                                                   y, x, y,
425                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
426                                                   enc->current_frame->linesize,
427                                                   4);
428     else
429         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
430
431     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
432
433     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
434
435     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
436                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
437                                              tempData->codebooks.numCB4,
438                                              &subcel->cbEntry, 4);
439
440     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
441
442     for(i=0;i<4;i++) {
443         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
444
445         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
446                      y+(i&2), mb2, 2);
447
448         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
449             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
450     }
451
452     best_dist = INT_MAX;
453     for (i=0; i<4; i++)
454         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
455             best_dist) {
456             subcel->best_coding = i;
457             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
458             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
459                 enc->lambda*bitsUsed[i];
460         }
461 }
462
463 /**
464  * Get distortion for all options available to a cel
465  */
466 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
467                                 RoqTempdata *tempData)
468 {
469     uint8_t mb8[8*8*3];
470     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
471     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
472
473     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
474
475     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
476         cel->motion = enc->this_motion8[index];
477
478         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
479             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
480                              enc->this_motion8[index], 8);
481     } else
482         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
483
484     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
485         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
486                                                enc->current_frame->data,
487                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
488                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
489                                                enc->frame_to_enc->linesize,
490                                                enc->current_frame->linesize,8);
491     else
492         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
493
494     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
495
496     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
497         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
498                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
499
500     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
501     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
502     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
503     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
504
505     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
506     divide_bit_use = 0;
507     for (i=0; i<4; i++) {
508         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
509             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
510         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
511     }
512
513     best_dist = INT_MAX;
514     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
515
516     for (i=0; i<4; i++)
517         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
518             best_dist) {
519             cel->best_coding = i;
520             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
521                 enc->lambda*bitsUsed[i];
522         }
523
524     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
525     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
526
527     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
528         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
529
530     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
531         for (i=0; i<4; i++) {
532             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
533                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
534             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
535                 for (j=0; j<4; j++)
536                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
537         }
538 }
539
540 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
541 {
542     int i, j, idx=0;
543
544     /* Make remaps for the final codebook usage */
545     for (i=0; i<(enc->quake3_compat ? MAX_CBS_4x4-1 : MAX_CBS_4x4); i++) {
546         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
547             tempData->i2f4[i] = idx;
548             tempData->f2i4[idx] = i;
549             for (j=0; j<4; j++)
550                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
551             idx++;
552         }
553     }
554
555     tempData->numCB4 = idx;
556
557     idx = 0;
558     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
559         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
560             tempData->i2f2[i] = idx;
561             tempData->f2i2[idx] = i;
562             idx++;
563         }
564     }
565     tempData->numCB2 = idx;
566
567 }
568
569 /**
570  * Write codebook chunk
571  */
572 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
573 {
574     int i, j;
575     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
576
577     if (tempData->numCB2) {
578         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
579         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
580         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
581         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
582
583         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
584             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
585             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
586             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
587         }
588
589         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
590             for (j=0; j<4; j++)
591                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
592
593     }
594 }
595
596 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
597 {
598     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
599     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
600     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
601 }
602
603 typedef struct CodingSpool {
604     int typeSpool;
605     int typeSpoolLength;
606     uint8_t argumentSpool[64];
607     uint8_t *args;
608     uint8_t **pout;
609 } CodingSpool;
610
611 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
612 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
613 {
614     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
615     s->typeSpoolLength += 2;
616     if (s->typeSpoolLength == 16) {
617         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
618         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
619                               s->args - s->argumentSpool);
620         s->typeSpoolLength = 0;
621         s->typeSpool = 0;
622         s->args = s->argumentSpool;
623     }
624 }
625
626 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
627 {
628     int i, j, k;
629     int x, y;
630     int subX, subY;
631     int dist=0;
632
633     roq_qcell *qcell;
634     CelEvaluation *eval;
635
636     CodingSpool spool;
637
638     spool.typeSpool=0;
639     spool.typeSpoolLength=0;
640     spool.args = spool.argumentSpool;
641     spool.pout = &enc->out_buf;
642
643     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
644         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
645
646     /* Write the video chunk header */
647     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
648     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
649     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
650     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
651
652     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
653         eval = tempData->cel_evals + i;
654
655         x = eval->sourceX;
656         y = eval->sourceY;
657         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
658
659         switch (eval->best_coding) {
660         case RoQ_ID_MOT:
661             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
662             break;
663
664         case RoQ_ID_FCC:
665             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
666
667             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
668             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
669                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
670             break;
671
672         case RoQ_ID_SLD:
673             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
674             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
675
676             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
677             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
678             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
679             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
680             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
681             break;
682
683         case RoQ_ID_CCC:
684             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
685
686             for (j=0; j<4; j++) {
687                 subX = x + 4*(j&1);
688                 subY = y + 2*(j&2);
689
690                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
691                 case RoQ_ID_MOT:
692                     break;
693
694                 case RoQ_ID_FCC:
695                     bytestream_put_byte(&spool.args,
696                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
697
698                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
699                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
700                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
701                     break;
702
703                 case RoQ_ID_SLD:
704                     bytestream_put_byte(&spool.args,
705                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
706
707                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
708
709                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
710                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
711                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
712                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
713                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
714                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
715                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
716                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
717                     break;
718
719                 case RoQ_ID_CCC:
720                     for (k=0; k<4; k++) {
721                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
722                         bytestream_put_byte(&spool.args,
723                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
724
725                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
726                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
727                     }
728                     break;
729                 }
730                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
731             }
732             break;
733         }
734     }
735
736     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
737     while (spool.typeSpoolLength)
738         write_typecode(&spool, 0x0);
739 }
740
741
742 /**
743  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
744  */
745 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t * const *data,
746                                        int top, int left, const int *stride)
747 {
748     int i, j, u=0, v=0;
749
750     for (i=0; i<2; i++)
751         for (j=0; j<2; j++) {
752             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
753             *block++ = data[0][x];
754             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
755             u       += data[1][x];
756             v       += data[2][x];
757         }
758
759     *block++ = (u+2)/4;
760     *block++ = (v+2)/4;
761 }
762
763 /**
764  * Create YUV clusters for the entire image
765  */
766 static void create_clusters(const AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
767 {
768     int i, j, k, l;
769
770     for (i=0; i<h; i+=4)
771         for (j=0; j<w; j+=4) {
772             for (k=0; k < 2; k++)
773                 for (l=0; l < 2; l++)
774                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
775                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
776             yuvClusters += 24;
777         }
778 }
779
780 static int generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
781                              int *points, int inputCount, roq_cell *results,
782                              int size, int cbsize)
783 {
784     int i, j, k, ret = 0;
785     int c_size = size*size/4;
786     int *buf;
787     int *codebook = av_malloc_array(6*c_size, cbsize*sizeof(int));
788     int *closest_cb;
789
790     if (!codebook)
791         return AVERROR(ENOMEM);
792
793     if (size == 4) {
794         closest_cb = av_malloc_array(6*c_size, inputCount*sizeof(int));
795         if (!closest_cb) {
796             ret = AVERROR(ENOMEM);
797             goto out;
798         }
799     } else
800         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
801
802     ret = avpriv_init_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
803                        cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
804     if (ret < 0)
805         goto out;
806     ret = avpriv_do_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
807                      cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
808     if (ret < 0)
809         goto out;
810
811     buf = codebook;
812     for (i=0; i<cbsize; i++)
813         for (k=0; k<c_size; k++) {
814             for(j=0; j<4; j++)
815                 results->y[j] = *buf++;
816
817             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
818             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
819             results++;
820         }
821 out:
822     if (size == 4)
823         av_free(closest_cb);
824     av_free(codebook);
825     return ret;
826 }
827
828 static int generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
829 {
830     int i, j, ret = 0;
831     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
832     int max = enc->width*enc->height/16;
833     uint8_t mb2[3*4];
834     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
835     uint8_t *yuvClusters=av_malloc_array(max, sizeof(int)*6*4);
836     int *points = av_malloc_array(max, 6*4*sizeof(int));
837     int bias;
838
839     if (!results4 || !yuvClusters || !points) {
840         ret = AVERROR(ENOMEM);
841         goto out;
842     }
843
844     /* Subsample YUV data */
845     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
846
847     /* Cast to integer and apply chroma bias */
848     for (i=0; i<max*24; i++) {
849         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
850         points[i] = bias*yuvClusters[i];
851     }
852
853     /* Create 4x4 codebooks */
854     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max,
855                                  results4, 4, (enc->quake3_compat ? MAX_CBS_4x4-1 : MAX_CBS_4x4))) < 0)
856         goto out;
857
858     codebooks->numCB4 = (enc->quake3_compat ? MAX_CBS_4x4-1 : MAX_CBS_4x4);
859
860     tempData->closest_cb2 = av_malloc_array(max, 4*sizeof(int));
861     if (!tempData->closest_cb2) {
862         ret = AVERROR(ENOMEM);
863         goto out;
864     }
865
866     /* Create 2x2 codebooks */
867     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max * 4,
868                                  enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2)) < 0)
869         goto out;
870
871     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
872
873     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
874     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
875         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
876
877     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
878     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
879         for (j=0; j<4; j++) {
880             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
881             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
882                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
883         }
884         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
885                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
886         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
887                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
888     }
889 out:
890     av_free(yuvClusters);
891     av_free(points);
892     av_free(results4);
893     return ret;
894 }
895
896 static int roq_encode_video(RoqContext *enc)
897 {
898     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
899     int i, ret;
900
901     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
902
903     ret = create_cel_evals(enc, tempData);
904     if (ret < 0)
905         return ret;
906
907     ret = generate_new_codebooks(enc, tempData);
908     if (ret < 0)
909         return ret;
910
911     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
912         motion_search(enc, 8);
913         motion_search(enc, 4);
914     }
915
916  retry_encode:
917     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
918         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
919
920     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
921     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535 && enc->quake3_compat) {
922         if (enc->lambda > 100000) {
923             av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot encode video in Quake compatible form\n");
924             return AVERROR(EINVAL);
925         }
926         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
927                "Warning, generated a frame too big for Quake (%d > 65535), "
928                "now switching to a bigger qscale value.\n",
929                tempData->mainChunkSize/8);
930         enc->lambda *= 1.5;
931         tempData->mainChunkSize = 0;
932         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
933         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
934                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
935         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
936                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
937
938         goto retry_encode;
939     }
940
941     remap_codebooks(enc, tempData);
942
943     write_codebooks(enc, tempData);
944
945     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
946                                  enc->width*enc->height/64);
947
948     /* Rotate frame history */
949     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
950     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
951     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
952
953     av_freep(&tempData->cel_evals);
954     av_freep(&tempData->closest_cb2);
955
956     enc->framesSinceKeyframe++;
957
958     return 0;
959 }
960
961 static av_cold int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
962 {
963     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
964
965     av_frame_free(&enc->current_frame);
966     av_frame_free(&enc->last_frame);
967
968     av_freep(&enc->tmpData);
969     av_freep(&enc->this_motion4);
970     av_freep(&enc->last_motion4);
971     av_freep(&enc->this_motion8);
972     av_freep(&enc->last_motion8);
973
974     return 0;
975 }
976
977 static av_cold int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
978 {
979     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
980
981     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
982
983     enc->avctx = avctx;
984
985     enc->framesSinceKeyframe = 0;
986     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
987         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
988         return AVERROR(EINVAL);
989     }
990
991     if (avctx->width > 65535 || avctx->height > 65535) {
992         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions are max %d\n", enc->quake3_compat ? 32768 : 65535);
993         return AVERROR(EINVAL);
994     }
995
996     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
997         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two, this is not supported by quake\n");
998
999     enc->width = avctx->width;
1000     enc->height = avctx->height;
1001
1002     enc->framesSinceKeyframe = 0;
1003     enc->first_frame = 1;
1004
1005     enc->last_frame    = av_frame_alloc();
1006     enc->current_frame = av_frame_alloc();
1007     if (!enc->last_frame || !enc->current_frame) {
1008         roq_encode_end(avctx);
1009         return AVERROR(ENOMEM);
1010     }
1011
1012     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
1013
1014     enc->this_motion4 =
1015         av_mallocz_array((enc->width*enc->height/16), sizeof(motion_vect));
1016
1017     enc->last_motion4 =
1018         av_malloc_array ((enc->width*enc->height/16), sizeof(motion_vect));
1019
1020     enc->this_motion8 =
1021         av_mallocz_array((enc->width*enc->height/64), sizeof(motion_vect));
1022
1023     enc->last_motion8 =
1024         av_malloc_array ((enc->width*enc->height/64), sizeof(motion_vect));
1025
1026     if (!enc->tmpData || !enc->this_motion4 || !enc->last_motion4 ||
1027         !enc->this_motion8 || !enc->last_motion8) {
1028         roq_encode_end(avctx);
1029         return AVERROR(ENOMEM);
1030     }
1031
1032     return 0;
1033 }
1034
1035 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
1036 {
1037     /* ROQ info chunk */
1038     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
1039
1040     /* Size: 8 bytes */
1041     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
1042
1043     /* Unused argument */
1044     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1045     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1046
1047     /* Width */
1048     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
1049
1050     /* Height */
1051     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
1052
1053     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
1054     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1055     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1056     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1057     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1058 }
1059
1060 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1061                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1062 {
1063     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1064     int size, ret;
1065
1066     enc->avctx = avctx;
1067
1068     enc->frame_to_enc = frame;
1069
1070     if (frame->quality)
1071         enc->lambda = frame->quality - 1;
1072     else
1073         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1074
1075     /* 138 bits max per 8x8 block +
1076      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1077     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1078     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, size, 0)) < 0)
1079         return ret;
1080     enc->out_buf = pkt->data;
1081
1082     /* Check for I-frame */
1083     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1084         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1085
1086     if (enc->first_frame) {
1087         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1088          for that) */
1089         if ((ret = ff_get_buffer(avctx, enc->current_frame, 0)) < 0 ||
1090             (ret = ff_get_buffer(avctx, enc->last_frame,    0)) < 0)
1091             return ret;
1092
1093         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1094         roq_write_video_info_chunk(enc);
1095
1096         enc->first_frame = 0;
1097     }
1098
1099     /* Encode the actual frame */
1100     ret = roq_encode_video(enc);
1101     if (ret < 0)
1102         return ret;
1103
1104     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1105     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1106         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1107     *got_packet = 1;
1108
1109     return 0;
1110 }
1111
1112 #define OFFSET(x) offsetof(RoqContext, x)
1113 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
1114 static const AVOption options[] = {
1115     { "quake3_compat", "Whether to respect known limitations in Quake 3 decoder", OFFSET(quake3_compat), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 1 }, 0, 1, VE },
1116     { NULL },
1117 };
1118
1119 static const AVClass roq_class = {
1120     .class_name = "RoQ",
1121     .item_name  = av_default_item_name,
1122     .option     = options,
1123     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1124 };
1125
1126 AVCodec ff_roq_encoder = {
1127     .name                 = "roqvideo",
1128     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1129     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1130     .id                   = AV_CODEC_ID_ROQ,
1131     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1132     .init                 = roq_encode_init,
1133     .encode2              = roq_encode_frame,
1134     .close                = roq_encode_end,
1135     .pix_fmts             = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
1136                                                         AV_PIX_FMT_NONE },
1137     .priv_class     = &roq_class,
1138 };