ppc: Rename H.264 optimization template file for consistency.
[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 "roqvideo.h"
60 #include "bytestream.h"
61 #include "elbg.h"
62 #include "internal.h"
63 #include "mathops.h"
64
65 #define CHROMA_BIAS 1
66
67 /**
68  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
69  * Quake 3 bug.
70  */
71 #define MAX_CBS_4x4 255
72
73 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
74
75 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
76 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
77
78 /* Macroblock support functions */
79 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
80 {
81     memcpy(u  , cell->y, 4);
82     memset(u+4, cell->u, 4);
83     memset(u+8, cell->v, 4);
84 }
85
86 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
87 {
88     int i,cp;
89     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
90
91     for (cp=0; cp<3; cp++)
92         for (i=0; i<4; i++) {
93             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
94             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
95             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
96             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
97         }
98 }
99
100
101 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
102 {
103     int x,y,cp;
104
105     for(cp=0; cp<3; cp++)
106         for(y=0; y<8; y++)
107             for(x=0; x<8; x++)
108                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
109 }
110
111 static inline int square(int x)
112 {
113     return x*x;
114 }
115
116 static inline int eval_sse(const uint8_t *a, const uint8_t *b, int count)
117 {
118     int diff=0;
119
120     while(count--)
121         diff += square(*b++ - *a++);
122
123     return diff;
124 }
125
126 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
127 // just for motion estimation).
128 static int block_sse(uint8_t * const *buf1, uint8_t * const *buf2, int x1, int y1,
129                      int x2, int y2, const int *stride1, const int *stride2, int size)
130 {
131     int i, k;
132     int sse=0;
133
134     for (k=0; k<3; k++) {
135         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
136         for (i=0; i<size; i++)
137             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
138                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
139     }
140
141     return sse;
142 }
143
144 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
145                              int size)
146 {
147     int mx=vect.d[0];
148     int my=vect.d[1];
149
150     if (mx < -7 || mx > 7)
151         return INT_MAX;
152
153     if (my < -7 || my > 7)
154         return INT_MAX;
155
156     mx += x;
157     my += y;
158
159     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
160         return INT_MAX;
161
162     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
163                      mx, my,
164                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
165                      size);
166 }
167
168 /**
169  * @return distortion between two macroblocks
170  */
171 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
172 {
173     int cp, sdiff=0;
174
175     for(cp=0;cp<3;cp++) {
176         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
177         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
178         a += size*size;
179         b += size*size;
180     }
181
182     return sdiff;
183 }
184
185 typedef struct
186 {
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
197 {
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
210 {
211     int numCB4;
212     int numCB2;
213     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
214     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
215     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
216     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
217     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
218 } RoqCodebooks;
219
220 /**
221  * Temporary vars
222  */
223 typedef struct RoqTempData
224 {
225     CelEvaluation *cel_evals;
226
227     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
228     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
229     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
230     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
231
232     int mainChunkSize;
233
234     int numCB4;
235     int numCB2;
236
237     RoqCodebooks codebooks;
238
239     int *closest_cb2;
240     int used_option[4];
241 } RoqTempdata;
242
243 /**
244  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
245  */
246 static void create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
247 {
248     int n=0, x, y, i;
249
250     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(CelEvaluation));
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
261 /**
262  * Get macroblocks from parts of the image
263  */
264 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
265 {
266     int i, j, cp;
267
268     for (cp=0; cp<3; cp++) {
269         int stride = frame->linesize[cp];
270         for (i=0; i<dim; i++)
271             for (j=0; j<dim; j++)
272                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
273     }
274 }
275
276 /**
277  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
278  */
279 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
280                     int *outIndex, int dim)
281 {
282     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
283
284     /* Diff against the others */
285     for (i=0; i<numCB; i++) {
286         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
287         if (diff < lDiff) {
288             lDiff = diff;
289             pick = i;
290         }
291     }
292
293     *outIndex = pick;
294     return lDiff;
295 }
296
297 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
298     do { \
299         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
300             \
301         if (diff < lowestdiff) { \
302             lowestdiff = diff; \
303             bestpick = MOTION; \
304         } \
305     } while(0)
306
307 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
308 {
309     static const motion_vect offsets[8] = {
310         {{ 0,-1}},
311         {{ 0, 1}},
312         {{-1, 0}},
313         {{ 1, 0}},
314         {{-1, 1}},
315         {{ 1,-1}},
316         {{-1,-1}},
317         {{ 1, 1}},
318     };
319
320     int diff, lowestdiff, oldbest;
321     int off[3];
322     motion_vect bestpick = {{0,0}};
323     int i, j, k, offset;
324
325     motion_vect *last_motion;
326     motion_vect *this_motion;
327     motion_vect vect, vect2;
328
329     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
330
331     if (blocksize == 4) {
332         last_motion = enc->last_motion4;
333         this_motion = enc->this_motion4;
334     } else {
335         last_motion = enc->last_motion8;
336         this_motion = enc->this_motion8;
337     }
338
339     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
340         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
341             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
342                                           blocksize);
343             bestpick.d[0] = 0;
344             bestpick.d[1] = 0;
345
346             if (blocksize == 4)
347                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
348
349             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
350             if (offset < max && offset >= 0)
351                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
352
353             offset++;
354             if (offset < max && offset >= 0)
355                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
356
357             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
358             if (offset < max && offset >= 0)
359                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
360
361             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
362             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
363             off[2]= off[1] + 1;
364
365             if (i) {
366
367                 for(k=0; k<2; k++)
368                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
369                                         this_motion[off[1]].d[k],
370                                         this_motion[off[2]].d[k]);
371
372                 EVAL_MOTION(vect);
373                 for(k=0; k<3; k++)
374                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
375             } else if(j)
376                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
377
378             vect = bestpick;
379
380             oldbest = -1;
381             while (oldbest != lowestdiff) {
382                 oldbest = lowestdiff;
383                 for (k=0; k<8; k++) {
384                     vect2 = vect;
385                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
386                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
387                     EVAL_MOTION(vect2);
388                 }
389                 vect = bestpick;
390             }
391             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
392             this_motion[offset] = bestpick;
393         }
394 }
395
396 /**
397  * Get distortion for all options available to a subcel
398  */
399 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
400                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
401 {
402     uint8_t mb4[4*4*3];
403     uint8_t mb2[2*2*3];
404     int cluster_index;
405     int i, best_dist;
406
407     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
408
409     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
410         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
411
412         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
413             eval_motion_dist(enc, x, y,
414                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
415     } else
416         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
417
418     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
419         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
420                                                   enc->current_frame->data, x,
421                                                   y, x, y,
422                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
423                                                   enc->current_frame->linesize,
424                                                   4);
425     else
426         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
427
428     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
429
430     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
431
432     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
433                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
434                                              tempData->codebooks.numCB4,
435                                              &subcel->cbEntry, 4);
436
437     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
438
439     for(i=0;i<4;i++) {
440         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
441
442         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
443                      y+(i&2), mb2, 2);
444
445         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
446             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
447     }
448
449     best_dist = INT_MAX;
450     for (i=0; i<4; i++)
451         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
452             best_dist) {
453             subcel->best_coding = i;
454             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
455             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
456                 enc->lambda*bitsUsed[i];
457         }
458 }
459
460 /**
461  * Get distortion for all options available to a cel
462  */
463 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
464                                 RoqTempdata *tempData)
465 {
466     uint8_t mb8[8*8*3];
467     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
468     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
469
470     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
471
472     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
473         cel->motion = enc->this_motion8[index];
474
475         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
476             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
477                              enc->this_motion8[index], 8);
478     } else
479         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
480
481     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
482         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
483                                                enc->current_frame->data,
484                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
485                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
486                                                enc->frame_to_enc->linesize,
487                                                enc->current_frame->linesize,8);
488     else
489         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
490
491     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
492
493     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
494         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
495                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
496
497     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
498     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
499     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
500     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
501
502     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
503     divide_bit_use = 0;
504     for (i=0; i<4; i++) {
505         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
506             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
507         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
508     }
509
510     best_dist = INT_MAX;
511     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
512
513     for (i=0; i<4; i++)
514         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
515             best_dist) {
516             cel->best_coding = i;
517             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
518                 enc->lambda*bitsUsed[i];
519         }
520
521     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
522     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
523
524     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
525         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
526
527     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
528         for (i=0; i<4; i++) {
529             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
530                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
531             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
532                 for (j=0; j<4; j++)
533                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
534         }
535 }
536
537 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
538 {
539     int i, j, idx=0;
540
541     /* Make remaps for the final codebook usage */
542     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
543         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
544             tempData->i2f4[i] = idx;
545             tempData->f2i4[idx] = i;
546             for (j=0; j<4; j++)
547                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
548             idx++;
549         }
550     }
551
552     tempData->numCB4 = idx;
553
554     idx = 0;
555     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
556         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
557             tempData->i2f2[i] = idx;
558             tempData->f2i2[idx] = i;
559             idx++;
560         }
561     }
562     tempData->numCB2 = idx;
563
564 }
565
566 /**
567  * Write codebook chunk
568  */
569 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
570 {
571     int i, j;
572     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
573
574     if (tempData->numCB2) {
575         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
576         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
577         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
578         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
579
580         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
581             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
582             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
583             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
584         }
585
586         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
587             for (j=0; j<4; j++)
588                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
589
590     }
591 }
592
593 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
594 {
595     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
596     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
597     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
598 }
599
600 typedef struct
601 {
602     int typeSpool;
603     int typeSpoolLength;
604     uint8_t argumentSpool[64];
605     uint8_t *args;
606     uint8_t **pout;
607 } CodingSpool;
608
609 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
610 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
611 {
612     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
613     s->typeSpoolLength += 2;
614     if (s->typeSpoolLength == 16) {
615         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
616         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
617                               s->args - s->argumentSpool);
618         s->typeSpoolLength = 0;
619         s->typeSpool = 0;
620         s->args = s->argumentSpool;
621     }
622 }
623
624 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
625 {
626     int i, j, k;
627     int x, y;
628     int subX, subY;
629     int dist=0;
630
631     roq_qcell *qcell;
632     CelEvaluation *eval;
633
634     CodingSpool spool;
635
636     spool.typeSpool=0;
637     spool.typeSpoolLength=0;
638     spool.args = spool.argumentSpool;
639     spool.pout = &enc->out_buf;
640
641     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
642         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
643
644     /* Write the video chunk header */
645     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
646     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
647     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
648     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
649
650     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
651         eval = tempData->cel_evals + i;
652
653         x = eval->sourceX;
654         y = eval->sourceY;
655         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
656
657         switch (eval->best_coding) {
658         case RoQ_ID_MOT:
659             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
660             break;
661
662         case RoQ_ID_FCC:
663             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
664
665             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
666             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
667                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
668             break;
669
670         case RoQ_ID_SLD:
671             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
672             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
673
674             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
675             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
676             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
677             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
678             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
679             break;
680
681         case RoQ_ID_CCC:
682             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
683
684             for (j=0; j<4; j++) {
685                 subX = x + 4*(j&1);
686                 subY = y + 2*(j&2);
687
688                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
689                 case RoQ_ID_MOT:
690                     break;
691
692                 case RoQ_ID_FCC:
693                     bytestream_put_byte(&spool.args,
694                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
695
696                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
697                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
698                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
699                     break;
700
701                 case RoQ_ID_SLD:
702                     bytestream_put_byte(&spool.args,
703                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
704
705                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
706
707                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
708                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
709                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
710                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
711                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
712                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
713                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
714                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
715                     break;
716
717                 case RoQ_ID_CCC:
718                     for (k=0; k<4; k++) {
719                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
720                         bytestream_put_byte(&spool.args,
721                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
722
723                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
724                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
725                     }
726                     break;
727                 }
728                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
729             }
730             break;
731         }
732     }
733
734     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
735     while (spool.typeSpoolLength)
736         write_typecode(&spool, 0x0);
737
738 #if 0
739     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
740                            enc->frame_to_enc->data[1],
741                            enc->frame_to_enc->data[2]};
742     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
743                            enc->current_frame->data[1],
744                            enc->current_frame->data[2]};
745     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
746            dist,
747            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
748                      enc->frame_to_enc->linesize,
749                      enc->current_frame->linesize,
750                      enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
751 #endif
752 }
753
754
755 /**
756  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
757  */
758 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t * const *data,
759                                        int top, int left, const int *stride)
760 {
761     int i, j, u=0, v=0;
762
763     for (i=0; i<2; i++)
764         for (j=0; j<2; j++) {
765             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
766             *block++ = data[0][x];
767             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
768             u       += data[1][x];
769             v       += data[2][x];
770         }
771
772     *block++ = (u+2)/4;
773     *block++ = (v+2)/4;
774 }
775
776 /**
777  * Create YUV clusters for the entire image
778  */
779 static void create_clusters(const AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
780 {
781     int i, j, k, l;
782
783     for (i=0; i<h; i+=4)
784         for (j=0; j<w; j+=4) {
785             for (k=0; k < 2; k++)
786                 for (l=0; l < 2; l++)
787                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
788                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
789             yuvClusters += 24;
790         }
791 }
792
793 static void generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
794                               int *points, int inputCount, roq_cell *results,
795                               int size, int cbsize)
796 {
797     int i, j, k;
798     int c_size = size*size/4;
799     int *buf;
800     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
801     int *closest_cb;
802
803     if (size == 4)
804         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
805     else
806         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
807
808     ff_init_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
809     ff_do_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
810
811     if (size == 4)
812         av_free(closest_cb);
813
814     buf = codebook;
815     for (i=0; i<cbsize; i++)
816         for (k=0; k<c_size; k++) {
817             for(j=0; j<4; j++)
818                 results->y[j] = *buf++;
819
820             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
821             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
822             results++;
823         }
824
825     av_free(codebook);
826 }
827
828 static void generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
829 {
830     int i,j;
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(sizeof(int)*max*6*4);
836     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
837     int bias;
838
839     /* Subsample YUV data */
840     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
841
842     /* Cast to integer and apply chroma bias */
843     for (i=0; i<max*24; i++) {
844         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
845         points[i] = bias*yuvClusters[i];
846     }
847
848     /* Create 4x4 codebooks */
849     generate_codebook(enc, tempData, points, max, results4, 4, MAX_CBS_4x4);
850
851     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
852
853     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
854
855     /* Create 2x2 codebooks */
856     generate_codebook(enc, tempData, points, max*4, enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2);
857
858     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
859
860     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
861     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
862         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
863
864     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
865     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
866         for (j=0; j<4; j++) {
867             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
868             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
869                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
870         }
871         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
872                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
873         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
874                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
875     }
876
877     av_free(yuvClusters);
878     av_free(points);
879     av_free(results4);
880 }
881
882 static void roq_encode_video(RoqContext *enc)
883 {
884     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
885     int i;
886
887     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
888
889     create_cel_evals(enc, tempData);
890
891     generate_new_codebooks(enc, tempData);
892
893     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
894         motion_search(enc, 8);
895         motion_search(enc, 4);
896     }
897
898  retry_encode:
899     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
900         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
901
902     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
903     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535) {
904         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
905                "Warning, generated a frame too big (%d > 65535), "
906                "try using a smaller qscale value.\n",
907                tempData->mainChunkSize/8);
908         enc->lambda *= 1.5;
909         tempData->mainChunkSize = 0;
910         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
911         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
912                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
913         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
914                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
915
916         goto retry_encode;
917     }
918
919     remap_codebooks(enc, tempData);
920
921     write_codebooks(enc, tempData);
922
923     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
924                                  enc->width*enc->height/64);
925
926     enc->avctx->coded_frame = enc->current_frame;
927
928     /* Rotate frame history */
929     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
930     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
931     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
932
933     av_free(tempData->cel_evals);
934     av_free(tempData->closest_cb2);
935
936     enc->framesSinceKeyframe++;
937 }
938
939 static int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
940 {
941     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
942
943     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
944
945     enc->framesSinceKeyframe = 0;
946     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
947         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
948         return -1;
949     }
950
951     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
952         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
953
954     enc->width = avctx->width;
955     enc->height = avctx->height;
956
957     enc->framesSinceKeyframe = 0;
958     enc->first_frame = 1;
959
960     enc->last_frame    = &enc->frames[0];
961     enc->current_frame = &enc->frames[1];
962
963     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
964
965     enc->this_motion4 =
966         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
967
968     enc->last_motion4 =
969         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
970
971     enc->this_motion8 =
972         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
973
974     enc->last_motion8 =
975         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
976
977     return 0;
978 }
979
980 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
981 {
982     /* ROQ info chunk */
983     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
984
985     /* Size: 8 bytes */
986     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
987
988     /* Unused argument */
989     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
990     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
991
992     /* Width */
993     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
994
995     /* Height */
996     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
997
998     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
999     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1000     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1001     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1002     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1003 }
1004
1005 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1006                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1007 {
1008     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1009     int size, ret;
1010
1011     enc->avctx = avctx;
1012
1013     enc->frame_to_enc = frame;
1014
1015     if (frame->quality)
1016         enc->lambda = frame->quality - 1;
1017     else
1018         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1019
1020     /* 138 bits max per 8x8 block +
1021      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1022     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1023     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, size)) < 0) {
1024         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet with size %d.\n", size);
1025         return ret;
1026     }
1027     enc->out_buf = pkt->data;
1028
1029     /* Check for I frame */
1030     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1031         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1032
1033     if (enc->first_frame) {
1034         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1035          for that) */
1036         if (avctx->get_buffer(avctx, enc->current_frame) ||
1037             avctx->get_buffer(avctx, enc->last_frame)) {
1038             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1039             return -1;
1040         }
1041
1042         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1043         roq_write_video_info_chunk(enc);
1044
1045         enc->first_frame = 0;
1046     }
1047
1048     /* Encode the actual frame */
1049     roq_encode_video(enc);
1050
1051     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1052     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1053         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1054     *got_packet = 1;
1055
1056     return 0;
1057 }
1058
1059 static int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1060 {
1061     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1062
1063     avctx->release_buffer(avctx, enc->last_frame);
1064     avctx->release_buffer(avctx, enc->current_frame);
1065
1066     av_free(enc->tmpData);
1067     av_free(enc->this_motion4);
1068     av_free(enc->last_motion4);
1069     av_free(enc->this_motion8);
1070     av_free(enc->last_motion8);
1071
1072     return 0;
1073 }
1074
1075 AVCodec ff_roq_encoder = {
1076     .name                 = "roqvideo",
1077     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1078     .id                   = CODEC_ID_ROQ,
1079     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1080     .init                 = roq_encode_init,
1081     .encode2              = roq_encode_frame,
1082     .close                = roq_encode_end,
1083     .supported_framerates = (const AVRational[]){ {30,1}, {0,0} },
1084     .pix_fmts             = (const enum PixelFormat[]){ PIX_FMT_YUV444P,
1085                                                         PIX_FMT_NONE },
1086     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1087 };