Merge remote branch 'qatar/master'
[ffmpeg.git] / libavcodec / vqavideo.c
1 /*
2  * Westwood Studios VQA Video Decoder
3  * Copyright (C) 2003 the ffmpeg project
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * VQA Video Decoder by Mike Melanson (melanson@pcisys.net)
25  * For more information about the VQA format, visit:
26  *   http://wiki.multimedia.cx/index.php?title=VQA
27  *
28  * The VQA video decoder outputs PAL8 or RGB555 colorspace data, depending
29  * on the type of data in the file.
30  *
31  * This decoder needs the 42-byte VQHD header from the beginning
32  * of the VQA file passed through the extradata field. The VQHD header
33  * is laid out as:
34  *
35  *   bytes 0-3   chunk fourcc: 'VQHD'
36  *   bytes 4-7   chunk size in big-endian format, should be 0x0000002A
37  *   bytes 8-49  VQHD chunk data
38  *
39  * Bytes 8-49 are what this decoder expects to see.
40  *
41  * Briefly, VQA is a vector quantized animation format that operates in a
42  * VGA palettized colorspace. It operates on pixel vectors (blocks)
43  * of either 4x2 or 4x4 in size. Compressed VQA chunks can contain vector
44  * codebooks, palette information, and code maps for rendering vectors onto
45  * frames. Any of these components can also be compressed with a run-length
46  * encoding (RLE) algorithm commonly referred to as "format80".
47  *
48  * VQA takes a novel approach to rate control. Each group of n frames
49  * (usually, n = 8) relies on a different vector codebook. Rather than
50  * transporting an entire codebook every 8th frame, the new codebook is
51  * broken up into 8 pieces and sent along with the compressed video chunks
52  * for each of the 8 frames preceding the 8 frames which require the
53  * codebook. A full codebook is also sent on the very first frame of a
54  * file. This is an interesting technique, although it makes random file
55  * seeking difficult despite the fact that the frames are all intracoded.
56  *
57  * V1,2 VQA uses 12-bit codebook indexes. If the 12-bit indexes were
58  * packed into bytes and then RLE compressed, bytewise, the results would
59  * be poor. That is why the coding method divides each index into 2 parts,
60  * the top 4 bits and the bottom 8 bits, then RL encodes the 4-bit pieces
61  * together and the 8-bit pieces together. If most of the vectors are
62  * clustered into one group of 256 vectors, most of the 4-bit index pieces
63  * should be the same.
64  */
65
66 #include <stdio.h>
67 #include <stdlib.h>
68 #include <string.h>
69
70 #include "libavutil/intreadwrite.h"
71 #include "libavutil/imgutils.h"
72 #include "avcodec.h"
73
74 #define PALETTE_COUNT 256
75 #define VQA_HEADER_SIZE 0x2A
76 #define CHUNK_PREAMBLE_SIZE 8
77
78 /* allocate the maximum vector space, regardless of the file version:
79  * (0xFF00 codebook vectors + 0x100 solid pixel vectors) * (4x4 pixels/block) */
80 #define MAX_CODEBOOK_VECTORS 0xFF00
81 #define SOLID_PIXEL_VECTORS 0x100
82 #define MAX_VECTORS (MAX_CODEBOOK_VECTORS + SOLID_PIXEL_VECTORS)
83 #define MAX_CODEBOOK_SIZE (MAX_VECTORS * 4 * 4)
84
85 #define CBF0_TAG MKBETAG('C', 'B', 'F', '0')
86 #define CBFZ_TAG MKBETAG('C', 'B', 'F', 'Z')
87 #define CBP0_TAG MKBETAG('C', 'B', 'P', '0')
88 #define CBPZ_TAG MKBETAG('C', 'B', 'P', 'Z')
89 #define CPL0_TAG MKBETAG('C', 'P', 'L', '0')
90 #define CPLZ_TAG MKBETAG('C', 'P', 'L', 'Z')
91 #define VPTZ_TAG MKBETAG('V', 'P', 'T', 'Z')
92
93 #define VQA_DEBUG 0
94
95 #if VQA_DEBUG
96 #define vqa_debug printf
97 #else
98 static inline void vqa_debug(const char *format, ...) { }
99 #endif
100
101 typedef struct VqaContext {
102
103     AVCodecContext *avctx;
104     AVFrame frame;
105
106     const unsigned char *buf;
107     int size;
108
109     uint32_t palette[PALETTE_COUNT];
110
111     int width;   /* width of a frame */
112     int height;   /* height of a frame */
113     int vector_width;  /* width of individual vector */
114     int vector_height;  /* height of individual vector */
115     int vqa_version;  /* this should be either 1, 2 or 3 */
116
117     unsigned char *codebook;         /* the current codebook */
118     int codebook_size;
119     unsigned char *next_codebook_buffer;  /* accumulator for next codebook */
120     int next_codebook_buffer_index;
121
122     unsigned char *decode_buffer;
123     int decode_buffer_size;
124
125     /* number of frames to go before replacing codebook */
126     int partial_countdown;
127     int partial_count;
128
129 } VqaContext;
130
131 static av_cold int vqa_decode_init(AVCodecContext *avctx)
132 {
133     VqaContext *s = avctx->priv_data;
134     unsigned char *vqa_header;
135     int i, j, codebook_index;
136
137     s->avctx = avctx;
138     avctx->pix_fmt = PIX_FMT_PAL8;
139
140     /* make sure the extradata made it */
141     if (s->avctx->extradata_size != VQA_HEADER_SIZE) {
142         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: expected extradata size of %d\n", VQA_HEADER_SIZE);
143         return -1;
144     }
145
146     /* load up the VQA parameters from the header */
147     vqa_header = (unsigned char *)s->avctx->extradata;
148     s->vqa_version = vqa_header[0];
149     s->width = AV_RL16(&vqa_header[6]);
150     s->height = AV_RL16(&vqa_header[8]);
151     if(av_image_check_size(s->width, s->height, 0, avctx)){
152         s->width= s->height= 0;
153         return -1;
154     }
155     s->vector_width = vqa_header[10];
156     s->vector_height = vqa_header[11];
157     s->partial_count = s->partial_countdown = vqa_header[13];
158
159     /* the vector dimensions have to meet very stringent requirements */
160     if ((s->vector_width != 4) ||
161         ((s->vector_height != 2) && (s->vector_height != 4))) {
162         /* return without further initialization */
163         return -1;
164     }
165
166     /* allocate codebooks */
167     s->codebook_size = MAX_CODEBOOK_SIZE;
168     s->codebook = av_malloc(s->codebook_size);
169     s->next_codebook_buffer = av_malloc(s->codebook_size);
170
171     /* initialize the solid-color vectors */
172     if (s->vector_height == 4) {
173         codebook_index = 0xFF00 * 16;
174         for (i = 0; i < 256; i++)
175             for (j = 0; j < 16; j++)
176                 s->codebook[codebook_index++] = i;
177     } else {
178         codebook_index = 0xF00 * 8;
179         for (i = 0; i < 256; i++)
180             for (j = 0; j < 8; j++)
181                 s->codebook[codebook_index++] = i;
182     }
183     s->next_codebook_buffer_index = 0;
184
185     /* allocate decode buffer */
186     s->decode_buffer_size = (s->width / s->vector_width) *
187         (s->height / s->vector_height) * 2;
188     s->decode_buffer = av_malloc(s->decode_buffer_size);
189
190     s->frame.data[0] = NULL;
191
192     return 0;
193 }
194
195 #define CHECK_COUNT() \
196     if (dest_index + count > dest_size) { \
197         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: decode_format80 problem: next op would overflow dest_index\n"); \
198         av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: current dest_index = %d, count = %d, dest_size = %d\n", \
199             dest_index, count, dest_size); \
200         return; \
201     }
202
203 static void decode_format80(const unsigned char *src, int src_size,
204     unsigned char *dest, int dest_size, int check_size) {
205
206     int src_index = 0;
207     int dest_index = 0;
208     int count;
209     int src_pos;
210     unsigned char color;
211     int i;
212
213     while (src_index < src_size) {
214
215         vqa_debug("      opcode %02X: ", src[src_index]);
216
217         /* 0x80 means that frame is finished */
218         if (src[src_index] == 0x80)
219             return;
220
221         if (dest_index >= dest_size) {
222             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: decode_format80 problem: dest_index (%d) exceeded dest_size (%d)\n",
223                 dest_index, dest_size);
224             return;
225         }
226
227         if (src[src_index] == 0xFF) {
228
229             src_index++;
230             count = AV_RL16(&src[src_index]);
231             src_index += 2;
232             src_pos = AV_RL16(&src[src_index]);
233             src_index += 2;
234             vqa_debug("(1) copy %X bytes from absolute pos %X\n", count, src_pos);
235             CHECK_COUNT();
236             for (i = 0; i < count; i++)
237                 dest[dest_index + i] = dest[src_pos + i];
238             dest_index += count;
239
240         } else if (src[src_index] == 0xFE) {
241
242             src_index++;
243             count = AV_RL16(&src[src_index]);
244             src_index += 2;
245             color = src[src_index++];
246             vqa_debug("(2) set %X bytes to %02X\n", count, color);
247             CHECK_COUNT();
248             memset(&dest[dest_index], color, count);
249             dest_index += count;
250
251         } else if ((src[src_index] & 0xC0) == 0xC0) {
252
253             count = (src[src_index++] & 0x3F) + 3;
254             src_pos = AV_RL16(&src[src_index]);
255             src_index += 2;
256             vqa_debug("(3) copy %X bytes from absolute pos %X\n", count, src_pos);
257             CHECK_COUNT();
258             for (i = 0; i < count; i++)
259                 dest[dest_index + i] = dest[src_pos + i];
260             dest_index += count;
261
262         } else if (src[src_index] > 0x80) {
263
264             count = src[src_index++] & 0x3F;
265             vqa_debug("(4) copy %X bytes from source to dest\n", count);
266             CHECK_COUNT();
267             memcpy(&dest[dest_index], &src[src_index], count);
268             src_index += count;
269             dest_index += count;
270
271         } else {
272
273             count = ((src[src_index] & 0x70) >> 4) + 3;
274             src_pos = AV_RB16(&src[src_index]) & 0x0FFF;
275             src_index += 2;
276             vqa_debug("(5) copy %X bytes from relpos %X\n", count, src_pos);
277             CHECK_COUNT();
278             for (i = 0; i < count; i++)
279                 dest[dest_index + i] = dest[dest_index - src_pos + i];
280             dest_index += count;
281         }
282     }
283
284     /* validate that the entire destination buffer was filled; this is
285      * important for decoding frame maps since each vector needs to have a
286      * codebook entry; it is not important for compressed codebooks because
287      * not every entry needs to be filled */
288     if (check_size)
289         if (dest_index < dest_size)
290             av_log(NULL, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: decode_format80 problem: decode finished with dest_index (%d) < dest_size (%d)\n",
291                 dest_index, dest_size);
292 }
293
294 static void vqa_decode_chunk(VqaContext *s)
295 {
296     unsigned int chunk_type;
297     unsigned int chunk_size;
298     int byte_skip;
299     unsigned int index = 0;
300     int i;
301     unsigned char r, g, b;
302     int index_shift;
303
304     int cbf0_chunk = -1;
305     int cbfz_chunk = -1;
306     int cbp0_chunk = -1;
307     int cbpz_chunk = -1;
308     int cpl0_chunk = -1;
309     int cplz_chunk = -1;
310     int vptz_chunk = -1;
311
312     int x, y;
313     int lines = 0;
314     int pixel_ptr;
315     int vector_index = 0;
316     int lobyte = 0;
317     int hibyte = 0;
318     int lobytes = 0;
319     int hibytes = s->decode_buffer_size / 2;
320
321     /* first, traverse through the frame and find the subchunks */
322     while (index < s->size) {
323
324         chunk_type = AV_RB32(&s->buf[index]);
325         chunk_size = AV_RB32(&s->buf[index + 4]);
326
327         switch (chunk_type) {
328
329         case CBF0_TAG:
330             cbf0_chunk = index;
331             break;
332
333         case CBFZ_TAG:
334             cbfz_chunk = index;
335             break;
336
337         case CBP0_TAG:
338             cbp0_chunk = index;
339             break;
340
341         case CBPZ_TAG:
342             cbpz_chunk = index;
343             break;
344
345         case CPL0_TAG:
346             cpl0_chunk = index;
347             break;
348
349         case CPLZ_TAG:
350             cplz_chunk = index;
351             break;
352
353         case VPTZ_TAG:
354             vptz_chunk = index;
355             break;
356
357         default:
358             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: Found unknown chunk type: %c%c%c%c (%08X)\n",
359             (chunk_type >> 24) & 0xFF,
360             (chunk_type >> 16) & 0xFF,
361             (chunk_type >>  8) & 0xFF,
362             (chunk_type >>  0) & 0xFF,
363             chunk_type);
364             break;
365         }
366
367         byte_skip = chunk_size & 0x01;
368         index += (CHUNK_PREAMBLE_SIZE + chunk_size + byte_skip);
369     }
370
371     /* next, deal with the palette */
372     if ((cpl0_chunk != -1) && (cplz_chunk != -1)) {
373
374         /* a chunk should not have both chunk types */
375         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: problem: found both CPL0 and CPLZ chunks\n");
376         return;
377     }
378
379     /* decompress the palette chunk */
380     if (cplz_chunk != -1) {
381
382 /* yet to be handled */
383
384     }
385
386     /* convert the RGB palette into the machine's endian format */
387     if (cpl0_chunk != -1) {
388
389         chunk_size = AV_RB32(&s->buf[cpl0_chunk + 4]);
390         /* sanity check the palette size */
391         if (chunk_size / 3 > 256) {
392             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: problem: found a palette chunk with %d colors\n",
393                 chunk_size / 3);
394             return;
395         }
396         cpl0_chunk += CHUNK_PREAMBLE_SIZE;
397         for (i = 0; i < chunk_size / 3; i++) {
398             /* scale by 4 to transform 6-bit palette -> 8-bit */
399             r = s->buf[cpl0_chunk++] * 4;
400             g = s->buf[cpl0_chunk++] * 4;
401             b = s->buf[cpl0_chunk++] * 4;
402             s->palette[i] = (r << 16) | (g << 8) | (b);
403         }
404     }
405
406     /* next, look for a full codebook */
407     if ((cbf0_chunk != -1) && (cbfz_chunk != -1)) {
408
409         /* a chunk should not have both chunk types */
410         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: problem: found both CBF0 and CBFZ chunks\n");
411         return;
412     }
413
414     /* decompress the full codebook chunk */
415     if (cbfz_chunk != -1) {
416
417         chunk_size = AV_RB32(&s->buf[cbfz_chunk + 4]);
418         cbfz_chunk += CHUNK_PREAMBLE_SIZE;
419         decode_format80(&s->buf[cbfz_chunk], chunk_size,
420             s->codebook, s->codebook_size, 0);
421     }
422
423     /* copy a full codebook */
424     if (cbf0_chunk != -1) {
425
426         chunk_size = AV_RB32(&s->buf[cbf0_chunk + 4]);
427         /* sanity check the full codebook size */
428         if (chunk_size > MAX_CODEBOOK_SIZE) {
429             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: problem: CBF0 chunk too large (0x%X bytes)\n",
430                 chunk_size);
431             return;
432         }
433         cbf0_chunk += CHUNK_PREAMBLE_SIZE;
434
435         memcpy(s->codebook, &s->buf[cbf0_chunk], chunk_size);
436     }
437
438     /* decode the frame */
439     if (vptz_chunk == -1) {
440
441         /* something is wrong if there is no VPTZ chunk */
442         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: problem: no VPTZ chunk found\n");
443         return;
444     }
445
446     chunk_size = AV_RB32(&s->buf[vptz_chunk + 4]);
447     vptz_chunk += CHUNK_PREAMBLE_SIZE;
448     decode_format80(&s->buf[vptz_chunk], chunk_size,
449         s->decode_buffer, s->decode_buffer_size, 1);
450
451     /* render the final PAL8 frame */
452     if (s->vector_height == 4)
453         index_shift = 4;
454     else
455         index_shift = 3;
456     for (y = 0; y < s->frame.linesize[0] * s->height;
457         y += s->frame.linesize[0] * s->vector_height) {
458
459         for (x = y; x < y + s->width; x += 4, lobytes++, hibytes++) {
460             pixel_ptr = x;
461
462             /* get the vector index, the method for which varies according to
463              * VQA file version */
464             switch (s->vqa_version) {
465
466             case 1:
467                 lobyte = s->decode_buffer[lobytes * 2];
468                 hibyte = s->decode_buffer[(lobytes * 2) + 1];
469                 vector_index = ((hibyte << 8) | lobyte) >> 3;
470                 vector_index <<= index_shift;
471                 lines = s->vector_height;
472                 /* uniform color fill - a quick hack */
473                 if (hibyte == 0xFF) {
474                     while (lines--) {
475                         s->frame.data[0][pixel_ptr + 0] = 255 - lobyte;
476                         s->frame.data[0][pixel_ptr + 1] = 255 - lobyte;
477                         s->frame.data[0][pixel_ptr + 2] = 255 - lobyte;
478                         s->frame.data[0][pixel_ptr + 3] = 255 - lobyte;
479                         pixel_ptr += s->frame.linesize[0];
480                     }
481                     lines=0;
482                 }
483                 break;
484
485             case 2:
486                 lobyte = s->decode_buffer[lobytes];
487                 hibyte = s->decode_buffer[hibytes];
488                 vector_index = (hibyte << 8) | lobyte;
489                 vector_index <<= index_shift;
490                 lines = s->vector_height;
491                 break;
492
493             case 3:
494 /* not implemented yet */
495                 lines = 0;
496                 break;
497             }
498
499             while (lines--) {
500                 s->frame.data[0][pixel_ptr + 0] = s->codebook[vector_index++];
501                 s->frame.data[0][pixel_ptr + 1] = s->codebook[vector_index++];
502                 s->frame.data[0][pixel_ptr + 2] = s->codebook[vector_index++];
503                 s->frame.data[0][pixel_ptr + 3] = s->codebook[vector_index++];
504                 pixel_ptr += s->frame.linesize[0];
505             }
506         }
507     }
508
509     /* handle partial codebook */
510     if ((cbp0_chunk != -1) && (cbpz_chunk != -1)) {
511         /* a chunk should not have both chunk types */
512         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA video: problem: found both CBP0 and CBPZ chunks\n");
513         return;
514     }
515
516     if (cbp0_chunk != -1) {
517
518         chunk_size = AV_RB32(&s->buf[cbp0_chunk + 4]);
519         cbp0_chunk += CHUNK_PREAMBLE_SIZE;
520
521         /* accumulate partial codebook */
522         memcpy(&s->next_codebook_buffer[s->next_codebook_buffer_index],
523             &s->buf[cbp0_chunk], chunk_size);
524         s->next_codebook_buffer_index += chunk_size;
525
526         s->partial_countdown--;
527         if (s->partial_countdown == 0) {
528
529             /* time to replace codebook */
530             memcpy(s->codebook, s->next_codebook_buffer,
531                 s->next_codebook_buffer_index);
532
533             /* reset accounting */
534             s->next_codebook_buffer_index = 0;
535             s->partial_countdown = s->partial_count;
536         }
537     }
538
539     if (cbpz_chunk != -1) {
540
541         chunk_size = AV_RB32(&s->buf[cbpz_chunk + 4]);
542         cbpz_chunk += CHUNK_PREAMBLE_SIZE;
543
544         /* accumulate partial codebook */
545         memcpy(&s->next_codebook_buffer[s->next_codebook_buffer_index],
546             &s->buf[cbpz_chunk], chunk_size);
547         s->next_codebook_buffer_index += chunk_size;
548
549         s->partial_countdown--;
550         if (s->partial_countdown == 0) {
551
552             /* decompress codebook */
553             decode_format80(s->next_codebook_buffer,
554                 s->next_codebook_buffer_index,
555                 s->codebook, s->codebook_size, 0);
556
557             /* reset accounting */
558             s->next_codebook_buffer_index = 0;
559             s->partial_countdown = s->partial_count;
560         }
561     }
562 }
563
564 static int vqa_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
565                             void *data, int *data_size,
566                             AVPacket *avpkt)
567 {
568     const uint8_t *buf = avpkt->data;
569     int buf_size = avpkt->size;
570     VqaContext *s = avctx->priv_data;
571
572     s->buf = buf;
573     s->size = buf_size;
574
575     if (s->frame.data[0])
576         avctx->release_buffer(avctx, &s->frame);
577
578     if (avctx->get_buffer(avctx, &s->frame)) {
579         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "  VQA Video: get_buffer() failed\n");
580         return -1;
581     }
582
583     vqa_decode_chunk(s);
584
585     /* make the palette available on the way out */
586     memcpy(s->frame.data[1], s->palette, PALETTE_COUNT * 4);
587     s->frame.palette_has_changed = 1;
588
589     *data_size = sizeof(AVFrame);
590     *(AVFrame*)data = s->frame;
591
592     /* report that the buffer was completely consumed */
593     return buf_size;
594 }
595
596 static av_cold int vqa_decode_end(AVCodecContext *avctx)
597 {
598     VqaContext *s = avctx->priv_data;
599
600     av_free(s->codebook);
601     av_free(s->next_codebook_buffer);
602     av_free(s->decode_buffer);
603
604     if (s->frame.data[0])
605         avctx->release_buffer(avctx, &s->frame);
606
607     return 0;
608 }
609
610 AVCodec ff_vqa_decoder = {
611     "vqavideo",
612     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
613     CODEC_ID_WS_VQA,
614     sizeof(VqaContext),
615     vqa_decode_init,
616     NULL,
617     vqa_decode_end,
618     vqa_decode_frame,
619     CODEC_CAP_DR1,
620     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Westwood Studios VQA (Vector Quantized Animation) video"),
621 };