DNxHD: Add support for id 1258 (DNx100 960x720@8)
[ffmpeg.git] / libavcodec / zmbvenc.c
1 /*
2  * Zip Motion Blocks Video (ZMBV) encoder
3  * Copyright (c) 2006 Konstantin Shishkov
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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  * Zip Motion Blocks Video encoder
25  */
26
27 #include <stdio.h>
28 #include <stdlib.h>
29
30 #include "libavutil/common.h"
31 #include "libavutil/intreadwrite.h"
32 #include "avcodec.h"
33 #include "internal.h"
34
35 #include <zlib.h>
36
37 #define ZMBV_KEYFRAME 1
38 #define ZMBV_DELTAPAL 2
39
40 #define ZMBV_BLOCK 16
41
42 /**
43  * Encoder context
44  */
45 typedef struct ZmbvEncContext {
46     AVCodecContext *avctx;
47
48     int range;
49     uint8_t *comp_buf, *work_buf;
50     uint8_t pal[768];
51     uint32_t pal2[256]; //for quick comparisons
52     uint8_t *prev;
53     int pstride;
54     int comp_size;
55     int keyint, curfrm;
56     z_stream zstream;
57 } ZmbvEncContext;
58
59 static int score_tab[256];
60
61 /** Block comparing function
62  * XXX should be optimized and moved to DSPContext
63  * TODO handle out of edge ME
64  */
65 static inline int block_cmp(uint8_t *src, int stride, uint8_t *src2, int stride2,
66                             int bw, int bh, int *xored)
67 {
68     int sum = 0;
69     int i, j;
70     uint8_t histogram[256] = {0};
71
72     *xored = 0;
73     for(j = 0; j < bh; j++){
74         for(i = 0; i < bw; i++){
75             int t = src[i] ^ src2[i];
76             histogram[t]++;
77             *xored |= t;
78         }
79         src += stride;
80         src2 += stride2;
81     }
82
83     for(i = 1; i < 256; i++)
84         sum += score_tab[histogram[i]];
85
86     return sum;
87 }
88
89 /** Motion estimation function
90  * TODO make better ME decisions
91  */
92 static int zmbv_me(ZmbvEncContext *c, uint8_t *src, int sstride, uint8_t *prev,
93                    int pstride, int x, int y, int *mx, int *my, int *xored)
94 {
95     int dx, dy, tx, ty, tv, bv, bw, bh;
96
97     *mx = *my = 0;
98     bw = FFMIN(ZMBV_BLOCK, c->avctx->width - x);
99     bh = FFMIN(ZMBV_BLOCK, c->avctx->height - y);
100     bv = block_cmp(src, sstride, prev, pstride, bw, bh, xored);
101     if(!bv) return 0;
102     for(ty = FFMAX(y - c->range, 0); ty < FFMIN(y + c->range, c->avctx->height - bh); ty++){
103         for(tx = FFMAX(x - c->range, 0); tx < FFMIN(x + c->range, c->avctx->width - bw); tx++){
104             if(tx == x && ty == y) continue; // we already tested this block
105             dx = tx - x;
106             dy = ty - y;
107             tv = block_cmp(src, sstride, prev + dx + dy*pstride, pstride, bw, bh, xored);
108             if(tv < bv){
109                  bv = tv;
110                  *mx = dx;
111                  *my = dy;
112                  if(!bv) return 0;
113              }
114          }
115     }
116     return bv;
117 }
118
119 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
120                         const AVFrame *pict, int *got_packet)
121 {
122     ZmbvEncContext * const c = avctx->priv_data;
123     const AVFrame * const p = pict;
124     uint8_t *src, *prev, *buf;
125     uint32_t *palptr;
126     int keyframe, chpal;
127     int fl;
128     int work_size = 0, pkt_size;
129     int bw, bh;
130     int i, j, ret;
131
132     keyframe = !c->curfrm;
133     c->curfrm++;
134     if(c->curfrm == c->keyint)
135         c->curfrm = 0;
136     avctx->coded_frame->pict_type = keyframe ? AV_PICTURE_TYPE_I : AV_PICTURE_TYPE_P;
137     avctx->coded_frame->key_frame = keyframe;
138     chpal = !keyframe && memcmp(p->data[1], c->pal2, 1024);
139
140     palptr = (uint32_t*)p->data[1];
141     src = p->data[0];
142     prev = c->prev;
143     if(chpal){
144         uint8_t tpal[3];
145         for(i = 0; i < 256; i++){
146             AV_WB24(tpal, palptr[i]);
147             c->work_buf[work_size++] = tpal[0] ^ c->pal[i * 3 + 0];
148             c->work_buf[work_size++] = tpal[1] ^ c->pal[i * 3 + 1];
149             c->work_buf[work_size++] = tpal[2] ^ c->pal[i * 3 + 2];
150             c->pal[i * 3 + 0] = tpal[0];
151             c->pal[i * 3 + 1] = tpal[1];
152             c->pal[i * 3 + 2] = tpal[2];
153         }
154         memcpy(c->pal2, p->data[1], 1024);
155     }
156     if(keyframe){
157         for(i = 0; i < 256; i++){
158             AV_WB24(c->pal+(i*3), palptr[i]);
159         }
160         memcpy(c->work_buf, c->pal, 768);
161         memcpy(c->pal2, p->data[1], 1024);
162         work_size = 768;
163         for(i = 0; i < avctx->height; i++){
164             memcpy(c->work_buf + work_size, src, avctx->width);
165             src += p->linesize[0];
166             work_size += avctx->width;
167         }
168     }else{
169         int x, y, bh2, bw2, xored;
170         uint8_t *tsrc, *tprev;
171         uint8_t *mv;
172         int mx, my;
173
174         bw = (avctx->width + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK;
175         bh = (avctx->height + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK;
176         mv = c->work_buf + work_size;
177         memset(c->work_buf + work_size, 0, (bw * bh * 2 + 3) & ~3);
178         work_size += (bw * bh * 2 + 3) & ~3;
179         /* for now just XOR'ing */
180         for(y = 0; y < avctx->height; y += ZMBV_BLOCK) {
181             bh2 = FFMIN(avctx->height - y, ZMBV_BLOCK);
182             for(x = 0; x < avctx->width; x += ZMBV_BLOCK, mv += 2) {
183                 bw2 = FFMIN(avctx->width - x, ZMBV_BLOCK);
184
185                 tsrc = src + x;
186                 tprev = prev + x;
187
188                 zmbv_me(c, tsrc, p->linesize[0], tprev, c->pstride, x, y, &mx, &my, &xored);
189                 mv[0] = (mx << 1) | !!xored;
190                 mv[1] = my << 1;
191                 tprev += mx + my * c->pstride;
192                 if(xored){
193                     for(j = 0; j < bh2; j++){
194                         for(i = 0; i < bw2; i++)
195                             c->work_buf[work_size++] = tsrc[i] ^ tprev[i];
196                         tsrc += p->linesize[0];
197                         tprev += c->pstride;
198                     }
199                 }
200             }
201             src += p->linesize[0] * ZMBV_BLOCK;
202             prev += c->pstride * ZMBV_BLOCK;
203         }
204     }
205     /* save the previous frame */
206     src = p->data[0];
207     prev = c->prev;
208     for(i = 0; i < avctx->height; i++){
209         memcpy(prev, src, avctx->width);
210         prev += c->pstride;
211         src += p->linesize[0];
212     }
213
214     if (keyframe)
215         deflateReset(&c->zstream);
216
217     c->zstream.next_in = c->work_buf;
218     c->zstream.avail_in = work_size;
219     c->zstream.total_in = 0;
220
221     c->zstream.next_out = c->comp_buf;
222     c->zstream.avail_out = c->comp_size;
223     c->zstream.total_out = 0;
224     if(deflate(&c->zstream, Z_SYNC_FLUSH) != Z_OK){
225         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error compressing data\n");
226         return -1;
227     }
228
229     pkt_size = c->zstream.total_out + 1 + 6*keyframe;
230     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, pkt_size)) < 0) {
231         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting packet of size %d.\n", pkt_size);
232         return ret;
233     }
234     buf = pkt->data;
235
236     fl = (keyframe ? ZMBV_KEYFRAME : 0) | (chpal ? ZMBV_DELTAPAL : 0);
237     *buf++ = fl;
238     if (keyframe) {
239         *buf++ = 0; // hi ver
240         *buf++ = 1; // lo ver
241         *buf++ = 1; // comp
242         *buf++ = 4; // format - 8bpp
243         *buf++ = ZMBV_BLOCK; // block width
244         *buf++ = ZMBV_BLOCK; // block height
245     }
246     memcpy(buf, c->comp_buf, c->zstream.total_out);
247
248     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY*keyframe;
249     *got_packet = 1;
250
251     return 0;
252 }
253
254 static av_cold int encode_end(AVCodecContext *avctx)
255 {
256     ZmbvEncContext * const c = avctx->priv_data;
257
258     av_freep(&c->comp_buf);
259     av_freep(&c->work_buf);
260
261     deflateEnd(&c->zstream);
262     av_freep(&c->prev);
263
264     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
265
266     return 0;
267 }
268
269 /**
270  * Init zmbv encoder
271  */
272 static av_cold int encode_init(AVCodecContext *avctx)
273 {
274     ZmbvEncContext * const c = avctx->priv_data;
275     int zret; // Zlib return code
276     int i;
277     int lvl = 9;
278
279     for(i=1; i<256; i++)
280         score_tab[i]= -i * log(i/(double)(ZMBV_BLOCK*ZMBV_BLOCK)) * (256/M_LN2);
281
282     c->avctx = avctx;
283
284     c->curfrm = 0;
285     c->keyint = avctx->keyint_min;
286     c->range = 8;
287     if(avctx->me_range > 0)
288         c->range = FFMIN(avctx->me_range, 127);
289
290     if(avctx->compression_level >= 0)
291         lvl = avctx->compression_level;
292     if(lvl < 0 || lvl > 9){
293         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Compression level should be 0-9, not %i\n", lvl);
294         return AVERROR(EINVAL);
295     }
296
297     // Needed if zlib unused or init aborted before deflateInit
298     memset(&c->zstream, 0, sizeof(z_stream));
299     c->comp_size = avctx->width * avctx->height + 1024 +
300         ((avctx->width + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK) * ((avctx->height + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK) * 2 + 4;
301     if (!(c->work_buf = av_malloc(c->comp_size))) {
302         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate work buffer.\n");
303         return AVERROR(ENOMEM);
304     }
305     /* Conservative upper bound taken from zlib v1.2.1 source via lcl.c */
306     c->comp_size = c->comp_size + ((c->comp_size + 7) >> 3) +
307                            ((c->comp_size + 63) >> 6) + 11;
308
309     /* Allocate compression buffer */
310     if (!(c->comp_buf = av_malloc(c->comp_size))) {
311         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate compression buffer.\n");
312         return AVERROR(ENOMEM);
313     }
314     c->pstride = FFALIGN(avctx->width, 16);
315     if (!(c->prev = av_malloc(c->pstride * avctx->height))) {
316         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate picture.\n");
317         return AVERROR(ENOMEM);
318     }
319
320     c->zstream.zalloc = Z_NULL;
321     c->zstream.zfree = Z_NULL;
322     c->zstream.opaque = Z_NULL;
323     zret = deflateInit(&c->zstream, lvl);
324     if (zret != Z_OK) {
325         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Inflate init error: %d\n", zret);
326         return -1;
327     }
328
329     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
330     if (!avctx->coded_frame) {
331         encode_end(avctx);
332         return AVERROR(ENOMEM);
333     }
334
335     return 0;
336 }
337
338 AVCodec ff_zmbv_encoder = {
339     .name           = "zmbv",
340     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Zip Motion Blocks Video"),
341     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
342     .id             = AV_CODEC_ID_ZMBV,
343     .priv_data_size = sizeof(ZmbvEncContext),
344     .init           = encode_init,
345     .encode2        = encode_frame,
346     .close          = encode_end,
347     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_PAL8, AV_PIX_FMT_NONE },
348 };