Remove more useless parentheses.
[ffmpeg.git] / libavcodec / roqvideoenc.c
1 /*
2  * RoQ Video Encoder.
3  *
4  * Copyright (C) 2007 Vitor <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 roqvideoenc.c
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 #include <unistd.h>
59
60 #include "roqvideo.h"
61 #include "bytestream.h"
62 #include "elbg.h"
63
64 #define CHROMA_BIAS 1
65
66 /**
67  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
68  * Quake 3 bug.
69  */
70 #define MAX_CBS_4x4 255
71
72 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
73
74 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
75 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
76
77 /* Macroblock support functions */
78 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
79 {
80     memcpy(u  , cell->y, 4);
81     memset(u+4, cell->u, 4);
82     memset(u+8, cell->v, 4);
83 }
84
85 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
86 {
87     int i,cp;
88     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
89
90     for (cp=0; cp<3; cp++)
91         for (i=0; i<4; i++) {
92             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
93             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
94             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
95             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
96         }
97 }
98
99
100 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
101 {
102     int x,y,cp;
103
104     for(cp=0; cp<3; cp++)
105         for(y=0; y<8; y++)
106             for(x=0; x<8; x++)
107                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
108 }
109
110 static inline int square(int x)
111 {
112     return x*x;
113 }
114
115 static inline int eval_sse(uint8_t *a, uint8_t *b, int count)
116 {
117     int diff=0;
118
119     while(count--)
120         diff += square(*b++ - *a++);
121
122     return diff;
123 }
124
125 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
126 // just for motion estimation).
127 static int block_sse(uint8_t **buf1, uint8_t **buf2, int x1, int y1, int x2,
128                      int y2, int *stride1, int *stride2, int size)
129 {
130     int i, k;
131     int sse=0;
132
133     for (k=0; k<3; k++) {
134         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
135         for (i=0; i<size; i++)
136             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
137                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
138     }
139
140     return sse;
141 }
142
143 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
144                              int size)
145 {
146     int mx=vect.d[0];
147     int my=vect.d[1];
148
149     if (mx < -7 || mx > 7)
150         return INT_MAX;
151
152     if (my < -7 || my > 7)
153         return INT_MAX;
154
155     mx += x;
156     my += y;
157
158     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
159         return INT_MAX;
160
161     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
162                      mx, my,
163                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
164                      size);
165 }
166
167 /**
168  * Returns distortion between two macroblocks
169  */
170 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
171 {
172     int cp, sdiff=0;
173
174     for(cp=0;cp<3;cp++) {
175         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
176         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
177         a += size*size;
178         b += size*size;
179     }
180
181     return sdiff;
182 }
183
184 typedef struct
185 {
186     int eval_dist[4];
187     int best_bit_use;
188     int best_coding;
189
190     int subCels[4];
191     motion_vect motion;
192     int cbEntry;
193 } subcel_evaluation_t;
194
195 typedef struct
196 {
197     int eval_dist[4];
198     int best_coding;
199
200     subcel_evaluation_t subCels[4];
201
202     motion_vect motion;
203     int cbEntry;
204
205     int sourceX, sourceY;
206 } cel_evaluation_t;
207
208 typedef struct
209 {
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 } roq_codebooks_t;
218
219 /**
220  * Temporary vars
221  */
222 typedef struct
223 {
224     cel_evaluation_t *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     roq_codebooks_t codebooks;
237
238     int *closest_cb2;
239     int used_option[4];
240 } roq_tempdata_t;
241
242 /**
243  * Initializes cel evaluators and sets their source coordinates
244  */
245 static void create_cel_evals(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
246 {
247     int n=0, x, y, i;
248
249     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(cel_evaluation_t));
250
251     /* Map to the ROQ quadtree order */
252     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
253         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
254             for(i=0; i<4; i++) {
255                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
256                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
257             }
258 }
259
260 /**
261  * Get macroblocks from parts of the image
262  */
263 static void get_frame_mb(AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
264 {
265     int i, j, cp;
266
267     for (cp=0; cp<3; cp++) {
268         int stride = frame->linesize[cp];
269         for (i=0; i<dim; i++)
270             for (j=0; j<dim; j++)
271                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
272     }
273 }
274
275 /**
276  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
277  */
278 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
279                     int *outIndex, int dim)
280 {
281     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
282
283     /* Diff against the others */
284     for (i=0; i<numCB; i++) {
285         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
286         if (diff < lDiff) {
287             lDiff = diff;
288             pick = i;
289         }
290     }
291
292     *outIndex = pick;
293     return lDiff;
294 }
295
296 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
297     do { \
298         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
299             \
300         if (diff < lowestdiff) { \
301             lowestdiff = diff; \
302             bestpick = MOTION; \
303         } \
304     } while(0)
305
306 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
307 {
308     static const motion_vect offsets[8] = {
309         {{ 0,-1}},
310         {{ 0, 1}},
311         {{-1, 0}},
312         {{ 1, 0}},
313         {{-1, 1}},
314         {{ 1,-1}},
315         {{-1,-1}},
316         {{ 1, 1}},
317     };
318
319     int diff, lowestdiff, oldbest;
320     int off[3];
321     motion_vect bestpick = {{0,0}};
322     int i, j, k, offset;
323
324     motion_vect *last_motion;
325     motion_vect *this_motion;
326     motion_vect vect, vect2;
327
328     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
329
330     if (blocksize == 4) {
331         last_motion = enc->last_motion4;
332         this_motion = enc->this_motion4;
333     } else {
334         last_motion = enc->last_motion8;
335         this_motion = enc->this_motion8;
336     }
337
338     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
339         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
340             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
341                                           blocksize);
342             bestpick.d[0] = 0;
343             bestpick.d[1] = 0;
344
345             if (blocksize == 4)
346                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
347
348             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
349             if (offset < max && offset >= 0)
350                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
351
352             offset++;
353             if (offset < max && offset >= 0)
354                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
355
356             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
357             if (offset < max && offset >= 0)
358                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
359
360             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
361             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
362             off[2]= off[1] + 1;
363
364             if (i) {
365
366                 for(k=0; k<2; k++)
367                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
368                                         this_motion[off[1]].d[k],
369                                         this_motion[off[2]].d[k]);
370
371                 EVAL_MOTION(vect);
372                 for(k=0; k<3; k++)
373                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
374             } else if(j)
375                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
376
377             vect = bestpick;
378
379             oldbest = -1;
380             while (oldbest != lowestdiff) {
381                 oldbest = lowestdiff;
382                 for (k=0; k<8; k++) {
383                     vect2 = vect;
384                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
385                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
386                     EVAL_MOTION(vect2);
387                 }
388                 vect = bestpick;
389             }
390             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
391             this_motion[offset] = bestpick;
392         }
393 }
394
395 /**
396  * Gets distortion for all options available to a subcel
397  */
398 static void gather_data_for_subcel(subcel_evaluation_t *subcel, int x,
399                                    int y, RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
400 {
401     uint8_t mb4[4*4*3];
402     uint8_t mb2[2*2*3];
403     int cluster_index;
404     int i, best_dist;
405
406     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
407
408     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
409         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
410
411         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
412             eval_motion_dist(enc, x, y,
413                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
414     } else
415         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
416
417     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
418         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
419                                                   enc->current_frame->data, x,
420                                                   y, x, y,
421                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
422                                                   enc->current_frame->linesize,
423                                                   4);
424     else
425         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
426
427     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
428
429     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
430
431     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
432                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
433                                              tempData->codebooks.numCB4,
434                                              &subcel->cbEntry, 4);
435
436     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
437
438     for(i=0;i<4;i++) {
439         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
440
441         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
442                      y+(i&2), mb2, 2);
443
444         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
445             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
446     }
447
448     best_dist = INT_MAX;
449     for (i=0; i<4; i++)
450         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
451             best_dist) {
452             subcel->best_coding = i;
453             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
454             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
455                 enc->lambda*bitsUsed[i];
456         }
457 }
458
459 /**
460  * Gets distortion for all options available to a cel
461  */
462 static void gather_data_for_cel(cel_evaluation_t *cel, RoqContext *enc,
463                                 roq_tempdata_t *tempData)
464 {
465     uint8_t mb8[8*8*3];
466     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
467     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
468
469     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
470
471     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
472         cel->motion = enc->this_motion8[index];
473
474         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
475             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
476                              enc->this_motion8[index], 8);
477     } else
478         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
479
480     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
481         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
482                                                enc->current_frame->data,
483                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
484                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
485                                                enc->frame_to_enc->linesize,
486                                                enc->current_frame->linesize,8);
487     else
488         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
489
490     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
491
492     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
493         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
494                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
495
496     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
497     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
498     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
499     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
500
501     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
502     divide_bit_use = 0;
503     for (i=0; i<4; i++) {
504         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
505             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
506         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
507     }
508
509     best_dist = INT_MAX;
510     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
511
512     for (i=0; i<4; i++)
513         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
514             best_dist) {
515             cel->best_coding = i;
516             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
517                 enc->lambda*bitsUsed[i];
518         }
519
520     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
521     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
522
523     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
524         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
525
526     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
527         for (i=0; i<4; i++) {
528             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
529                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
530             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
531                 for (j=0; j<4; j++)
532                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
533         }
534 }
535
536 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
537 {
538     int i, j, idx=0;
539
540     /* Make remaps for the final codebook usage */
541     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
542         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
543             tempData->i2f4[i] = idx;
544             tempData->f2i4[idx] = i;
545             for (j=0; j<4; j++)
546                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
547             idx++;
548         }
549     }
550
551     tempData->numCB4 = idx;
552
553     idx = 0;
554     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
555         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
556             tempData->i2f2[i] = idx;
557             tempData->f2i2[idx] = i;
558             idx++;
559         }
560     }
561     tempData->numCB2 = idx;
562
563 }
564
565 /**
566  * Write codebook chunk
567  */
568 static void write_codebooks(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
569 {
570     int i, j;
571     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
572
573     if (tempData->numCB2) {
574         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
575         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
576         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
577         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
578
579         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
580             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
581             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
582             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
583         }
584
585         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
586             for (j=0; j<4; j++)
587                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
588
589     }
590 }
591
592 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
593 {
594     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
595     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
596     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
597 }
598
599 typedef struct
600 {
601     int typeSpool;
602     int typeSpoolLength;
603     uint8_t argumentSpool[64];
604     uint8_t *args;
605     uint8_t **pout;
606 } CodingSpool;
607
608 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
609 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
610 {
611     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
612     s->typeSpoolLength += 2;
613     if (s->typeSpoolLength == 16) {
614         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
615         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
616                               s->args - s->argumentSpool);
617         s->typeSpoolLength = 0;
618         s->typeSpool = 0;
619         s->args = s->argumentSpool;
620     }
621 }
622
623 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData, int w, int h, int numBlocks)
624 {
625     int i, j, k;
626     int x, y;
627     int subX, subY;
628     int dist=0;
629
630     roq_qcell *qcell;
631     cel_evaluation_t *eval;
632
633     CodingSpool spool;
634
635     spool.typeSpool=0;
636     spool.typeSpoolLength=0;
637     spool.args = spool.argumentSpool;
638     spool.pout = &enc->out_buf;
639
640     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
641         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
642
643     /* Write the video chunk header */
644     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
645     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
646     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
647     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
648
649     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
650         eval = tempData->cel_evals + i;
651
652         x = eval->sourceX;
653         y = eval->sourceY;
654         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
655
656         switch (eval->best_coding) {
657         case RoQ_ID_MOT:
658             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
659             break;
660
661         case RoQ_ID_FCC:
662             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
663
664             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
665             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
666                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
667             break;
668
669         case RoQ_ID_SLD:
670             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
671             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
672
673             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
674             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
675             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
676             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
677             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
678             break;
679
680         case RoQ_ID_CCC:
681             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
682
683             for (j=0; j<4; j++) {
684                 subX = x + 4*(j&1);
685                 subY = y + 2*(j&2);
686
687                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
688                 case RoQ_ID_MOT:
689                     break;
690
691                 case RoQ_ID_FCC:
692                     bytestream_put_byte(&spool.args,
693                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
694
695                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
696                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
697                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
698                     break;
699
700                 case RoQ_ID_SLD:
701                     bytestream_put_byte(&spool.args,
702                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
703
704                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
705
706                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
707                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
708                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
709                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
710                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
711                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
712                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
713                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
714                     break;
715
716                 case RoQ_ID_CCC:
717                     for (k=0; k<4; k++) {
718                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
719                         bytestream_put_byte(&spool.args,
720                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
721
722                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
723                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
724                     }
725                     break;
726                 }
727                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
728             }
729             break;
730         }
731     }
732
733     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
734     while (spool.typeSpoolLength)
735         write_typecode(&spool, 0x0);
736
737 #if 0
738     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
739                            enc->frame_to_enc->data[1],
740                            enc->frame_to_enc->data[2]};
741     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
742                            enc->current_frame->data[1],
743                            enc->current_frame->data[2]};
744     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
745            dist,
746            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
747                      enc->frame_to_enc->linesize,
748                      enc->current_frame->linesize,
749                      enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
750 #endif
751 }
752
753
754 /**
755  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
756  */
757 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t **data,
758                                        int top, int left, int *stride)
759 {
760     int i, j, u=0, v=0;
761
762     for (i=0; i<2; i++)
763         for (j=0; j<2; j++) {
764             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
765             *block++ = data[0][x];
766             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
767             u       += data[1][x];
768             v       += data[2][x];
769         }
770
771     *block++ = (u+2)/4;
772     *block++ = (v+2)/4;
773 }
774
775 /**
776  * Creates YUV clusters for the entire image
777  */
778 static void create_clusters(AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
779 {
780     int i, j, k, l;
781
782     for (i=0; i<h; i+=4)
783         for (j=0; j<w; j+=4) {
784             for (k=0; k < 2; k++)
785                 for (l=0; l < 2; l++)
786                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
787                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
788             yuvClusters += 24;
789         }
790 }
791
792 static void generate_codebook(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempdata,
793                               int *points, int inputCount, roq_cell *results,
794                               int size, int cbsize)
795 {
796     int i, j, k;
797     int c_size = size*size/4;
798     int *buf = points;
799     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
800     int *closest_cb;
801
802     if (size == 4)
803         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
804     else
805         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
806
807     ff_init_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
808     ff_do_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
809
810     if (size == 4)
811         av_free(closest_cb);
812
813     buf = codebook;
814     for (i=0; i<cbsize; i++)
815         for (k=0; k<c_size; k++) {
816             for(j=0; j<4; j++)
817                 results->y[j] = *buf++;
818
819             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
820             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
821             results++;
822         }
823
824     av_free(codebook);
825 }
826
827 static void generate_new_codebooks(RoqContext *enc, roq_tempdata_t *tempData)
828 {
829     int i,j;
830     roq_codebooks_t *codebooks = &tempData->codebooks;
831     int max = enc->width*enc->height/16;
832     uint8_t mb2[3*4];
833     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
834     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
835     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
836     int bias;
837
838     /* Subsample YUV data */
839     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
840
841     /* Cast to integer and apply chroma bias */
842     for (i=0; i<max*24; i++) {
843         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
844         points[i] = bias*yuvClusters[i];
845     }
846
847     /* Create 4x4 codebooks */
848     generate_codebook(enc, tempData, points, max, results4, 4, MAX_CBS_4x4);
849
850     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
851
852     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
853
854     /* Create 2x2 codebooks */
855     generate_codebook(enc, tempData, points, max*4, enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2);
856
857     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
858
859     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
860     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
861         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
862
863     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
864     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
865         for (j=0; j<4; j++) {
866             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
867             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
868                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
869         }
870         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
871                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
872         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
873                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
874     }
875
876     av_free(yuvClusters);
877     av_free(points);
878     av_free(results4);
879 }
880
881 static void roq_encode_video(RoqContext *enc)
882 {
883     roq_tempdata_t tempData;
884     int i;
885
886     memset(&tempData, 0, sizeof(tempData));
887
888     create_cel_evals(enc, &tempData);
889
890     generate_new_codebooks(enc, &tempData);
891
892     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
893         motion_search(enc, 8);
894         motion_search(enc, 4);
895     }
896
897  retry_encode:
898     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
899         gather_data_for_cel(tempData.cel_evals + i, enc, &tempData);
900
901     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65536 bytes */
902     if (tempData.mainChunkSize/8 > 65536) {
903         enc->lambda *= .8;
904         goto retry_encode;
905     }
906
907     remap_codebooks(enc, &tempData);
908
909     write_codebooks(enc, &tempData);
910
911     reconstruct_and_encode_image(enc, &tempData, enc->width, enc->height,
912                                  enc->width*enc->height/64);
913
914     /* Rotate frame history */
915     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
916     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
917     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
918
919     av_free(tempData.cel_evals);
920     av_free(tempData.closest_cb2);
921
922     enc->framesSinceKeyframe++;
923 }
924
925 static int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
926 {
927     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
928
929     av_init_random(1, &enc->randctx);
930
931     enc->framesSinceKeyframe = 0;
932     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
933         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
934         return -1;
935     }
936
937     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
938         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
939
940     if (avcodec_check_dimensions(avctx, avctx->width, avctx->height)) {
941         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid dimensions (%dx%d)\n",
942                avctx->width, avctx->height);
943         return -1;
944     }
945
946     enc->width = avctx->width;
947     enc->height = avctx->height;
948
949     enc->framesSinceKeyframe = 0;
950     enc->first_frame = 1;
951
952     enc->last_frame    = &enc->frames[0];
953     enc->current_frame = &enc->frames[1];
954
955     enc->this_motion4 =
956         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
957
958     enc->last_motion4 =
959         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
960
961     enc->this_motion8 =
962         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
963
964     enc->last_motion8 =
965         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
966
967     return 0;
968 }
969
970 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
971 {
972     /* ROQ info chunk */
973     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
974
975     /* Size: 8 bytes */
976     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
977
978     /* Unused argument */
979     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
980     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
981
982     /* Width */
983     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
984
985     /* Height */
986     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
987
988     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
989     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
990     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
991     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
992     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
993 }
994
995 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
996 {
997     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
998     AVFrame *frame= data;
999     uint8_t *buf_start = buf;
1000
1001     enc->out_buf = buf;
1002     enc->avctx = avctx;
1003
1004     enc->frame_to_enc = frame;
1005
1006     if (frame->quality)
1007         enc->lambda = frame->quality - 1;
1008     else
1009         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1010
1011     /* 138 bits max per 8x8 block +
1012      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1013     if (((enc->width*enc->height/64)*138+7)/8 + 256*(6+4) + 8 > buf_size) {
1014         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: Output buffer too small!\n");
1015         return -1;
1016     }
1017
1018     /* Check for I frame */
1019     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1020         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1021
1022     if (enc->first_frame) {
1023         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1024          for that) */
1025         if (avctx->get_buffer(avctx, enc->current_frame) ||
1026             avctx->get_buffer(avctx, enc->last_frame)) {
1027             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1028             return -1;
1029         }
1030
1031         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1032         roq_write_video_info_chunk(enc);
1033
1034         enc->first_frame = 0;
1035     }
1036
1037     /* Encode the actual frame */
1038     roq_encode_video(enc);
1039
1040     return enc->out_buf - buf_start;
1041 }
1042
1043 static int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1044 {
1045     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1046
1047     avctx->release_buffer(avctx, enc->last_frame);
1048     avctx->release_buffer(avctx, enc->current_frame);
1049
1050     av_free(enc->this_motion4);
1051     av_free(enc->last_motion4);
1052     av_free(enc->this_motion8);
1053     av_free(enc->last_motion8);
1054
1055     return 0;
1056 }
1057
1058 AVCodec roq_encoder =
1059 {
1060     "roqvideo",
1061     CODEC_TYPE_VIDEO,
1062     CODEC_ID_ROQ,
1063     sizeof(RoqContext),
1064     roq_encode_init,
1065     roq_encode_frame,
1066     roq_encode_end,
1067     .supported_framerates = (AVRational[]){{30,1}, {0,0}},
1068     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV444P, -1},
1069 };