git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/roqvideoenc.c

   1 /*
   2  * RoQ Video Encoder.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2007 Vitor Sessak <vitor1001@gmail.com>
   5  * Copyright (C) 2004-2007 Eric Lasota
   6  *    Based on RoQ specs (C) 2001 Tim Ferguson
   7  *
   8  * This file is part of FFmpeg.
   9  *
  10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  12  * License as published by the Free Software Foundation; either
  13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  18  * Lesser General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  23  */
  24
  25 /**
  26  * @file
  27  * id RoQ encoder by Vitor. Based on the Switchblade3 library and the
  28  * Switchblade3 FFmpeg glue by Eric Lasota.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * COSTS:
  33  * Level 1:
  34  *  SKIP - 2 bits
  35  *  MOTION - 2 + 8 bits
  36  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
  37  *  SUBDIVIDE - 2 + combined subcel cost
  38  *
  39  * Level 2:
  40  *  SKIP - 2 bits
  41  *  MOTION - 2 + 8 bits
  42  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
  43  *  SUBDIVIDE - 2 + 4*8 bits
  44  *
  45  * Maximum cost: 138 bits per cel
  46  *
  47  * Proper evaluation requires LCD fraction comparison, which requires
  48  * Squared Error (SE) loss * savings increase
  49  *
  50  * Maximum savings increase: 136 bits
  51  * Maximum SE loss without overflow: 31580641
  52  * Components in 8x8 supercel: 192
  53  * Maximum SE precision per component: 164482
  54  *    >65025, so no truncation is needed (phew)
  55  */
  56
  57 #include <string.h>
  58
  59 #include "libavutil/attributes.h"
  60 #include "libavutil/opt.h"
  61 #include "roqvideo.h"
  62 #include "bytestream.h"
  63 #include "elbg.h"
  64 #include "internal.h"
  65 #include "mathops.h"
  66
  67 #define CHROMA_BIAS 1
  68
  69 /**
  70  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
  71  * Quake 3 bug.
  72  */
  73 #define MAX_CBS_4x4 256
  74
  75 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
  76
  77 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
  78 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
  79
  80 /* Macroblock support functions */
  81 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
  82 {
  83     memcpy(u  , cell->y, 4);
  84     memset(u+4, cell->u, 4);
  85     memset(u+8, cell->v, 4);
  86 }
  87
  88 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
  89 {
  90     int i,cp;
  91     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
  92
  93     for (cp=0; cp<3; cp++)
  94         for (i=0; i<4; i++) {
  95             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
  96             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
  97             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
  98             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
  99         }
 100 }
 101
 102
 103 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
 104 {
 105     int x,y,cp;
 106
 107     for(cp=0; cp<3; cp++)
 108         for(y=0; y<8; y++)
 109             for(x=0; x<8; x++)
 110                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
 111 }
 112
 113 static inline int square(int x)
 114 {
 115     return x*x;
 116 }
 117
 118 static inline int eval_sse(const uint8_t *a, const uint8_t *b, int count)
 119 {
 120     int diff=0;
 121
 122     while(count--)
 123         diff += square(*b++ - *a++);
 124
 125     return diff;
 126 }
 127
 128 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
 129 // just for motion estimation).
 130 static int block_sse(uint8_t * const *buf1, uint8_t * const *buf2, int x1, int y1,
 131                      int x2, int y2, const int *stride1, const int *stride2, int size)
 132 {
 133     int i, k;
 134     int sse=0;
 135
 136     for (k=0; k<3; k++) {
 137         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
 138         for (i=0; i<size; i++)
 139             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
 140                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
 141     }
 142
 143     return sse;
 144 }
 145
 146 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
 147                              int size)
 148 {
 149     int mx=vect.d[0];
 150     int my=vect.d[1];
 151
 152     if (mx < -7 || mx > 7)
 153         return INT_MAX;
 154
 155     if (my < -7 || my > 7)
 156         return INT_MAX;
 157
 158     mx += x;
 159     my += y;
 160
 161     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
 162         return INT_MAX;
 163
 164     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
 165                      mx, my,
 166                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
 167                      size);
 168 }
 169
 170 /**
 171  * @return distortion between two macroblocks
 172  */
 173 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
 174 {
 175     int cp, sdiff=0;
 176
 177     for(cp=0;cp<3;cp++) {
 178         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
 179         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
 180         a += size*size;
 181         b += size*size;
 182     }
 183
 184     return sdiff;
 185 }
 186
 187 typedef struct SubcelEvaluation {
 188     int eval_dist[4];
 189     int best_bit_use;
 190     int best_coding;
 191
 192     int subCels[4];
 193     motion_vect motion;
 194     int cbEntry;
 195 } SubcelEvaluation;
 196
 197 typedef struct CelEvaluation {
 198     int eval_dist[4];
 199     int best_coding;
 200
 201     SubcelEvaluation subCels[4];
 202
 203     motion_vect motion;
 204     int cbEntry;
 205
 206     int sourceX, sourceY;
 207 } CelEvaluation;
 208
 209 typedef struct RoqCodebooks {
 210     int numCB4;
 211     int numCB2;
 212     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
 213     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
 214     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
 215     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
 216     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
 217 } RoqCodebooks;
 218
 219 /**
 220  * Temporary vars
 221  */
 222 typedef struct RoqTempData
 223 {
 224     CelEvaluation *cel_evals;
 225
 226     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
 227     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
 228     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
 229     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
 230
 231     int mainChunkSize;
 232
 233     int numCB4;
 234     int numCB2;
 235
 236     RoqCodebooks codebooks;
 237
 238     int *closest_cb2;
 239     int used_option[4];
 240 } RoqTempdata;
 241
 242 /**
 243  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
 244  */
 245 static int create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 246 {
 247     int n=0, x, y, i;
 248
 249     tempData->cel_evals = av_malloc_array(enc->width*enc->height/64, sizeof(CelEvaluation));
 250     if (!tempData->cel_evals)
 251         return AVERROR(ENOMEM);
 252
 253     /* Map to the ROQ quadtree order */
 254     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
 255         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
 256             for(i=0; i<4; i++) {
 257                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
 258                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
 259             }
 260
 261     return 0;
 262 }
 263
 264 /**
 265  * Get macroblocks from parts of the image
 266  */
 267 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
 268 {
 269     int i, j, cp;
 270
 271     for (cp=0; cp<3; cp++) {
 272         int stride = frame->linesize[cp];
 273         for (i=0; i<dim; i++)
 274             for (j=0; j<dim; j++)
 275                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
 276     }
 277 }
 278
 279 /**
 280  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
 281  */
 282 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
 283                     int *outIndex, int dim)
 284 {
 285     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
 286
 287     /* Diff against the others */
 288     for (i=0; i<numCB; i++) {
 289         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
 290         if (diff < lDiff) {
 291             lDiff = diff;
 292             pick = i;
 293         }
 294     }
 295
 296     *outIndex = pick;
 297     return lDiff;
 298 }
 299
 300 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
 301     do { \
 302         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
 303             \
 304         if (diff < lowestdiff) { \
 305             lowestdiff = diff; \
 306             bestpick = MOTION; \
 307         } \
 308     } while(0)
 309
 310 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
 311 {
 312     static const motion_vect offsets[8] = {
 313         {{ 0,-1}},
 314         {{ 0, 1}},
 315         {{-1, 0}},
 316         {{ 1, 0}},
 317         {{-1, 1}},
 318         {{ 1,-1}},
 319         {{-1,-1}},
 320         {{ 1, 1}},
 321     };
 322
 323     int diff, lowestdiff, oldbest;
 324     int off[3];
 325     motion_vect bestpick = {{0,0}};
 326     int i, j, k, offset;
 327
 328     motion_vect *last_motion;
 329     motion_vect *this_motion;
 330     motion_vect vect, vect2;
 331
 332     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
 333
 334     if (blocksize == 4) {
 335         last_motion = enc->last_motion4;
 336         this_motion = enc->this_motion4;
 337     } else {
 338         last_motion = enc->last_motion8;
 339         this_motion = enc->this_motion8;
 340     }
 341
 342     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
 343         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
 344             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
 345                                           blocksize);
 346             bestpick.d[0] = 0;
 347             bestpick.d[1] = 0;
 348
 349             if (blocksize == 4)
 350                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
 351
 352             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 353             if (offset < max && offset >= 0)
 354                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 355
 356             offset++;
 357             if (offset < max && offset >= 0)
 358                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 359
 360             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 361             if (offset < max && offset >= 0)
 362                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 363
 364             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
 365             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
 366             off[2]= off[1] + 1;
 367
 368             if (i) {
 369
 370                 for(k=0; k<2; k++)
 371                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
 372                                         this_motion[off[1]].d[k],
 373                                         this_motion[off[2]].d[k]);
 374
 375                 EVAL_MOTION(vect);
 376                 for(k=0; k<3; k++)
 377                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
 378             } else if(j)
 379                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
 380
 381             vect = bestpick;
 382
 383             oldbest = -1;
 384             while (oldbest != lowestdiff) {
 385                 oldbest = lowestdiff;
 386                 for (k=0; k<8; k++) {
 387                     vect2 = vect;
 388                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
 389                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
 390                     EVAL_MOTION(vect2);
 391                 }
 392                 vect = bestpick;
 393             }
 394             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 395             this_motion[offset] = bestpick;
 396         }
 397 }
 398
 399 /**
 400  * Get distortion for all options available to a subcel
 401  */
 402 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
 403                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 404 {
 405     uint8_t mb4[4*4*3];
 406     uint8_t mb2[2*2*3];
 407     int cluster_index;
 408     int i, best_dist;
 409
 410     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
 411
 412     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 413         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
 414
 415         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 416             eval_motion_dist(enc, x, y,
 417                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
 418     } else
 419         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 420
 421     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 422         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 423                                                   enc->current_frame->data, x,
 424                                                   y, x, y,
 425                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
 426                                                   enc->current_frame->linesize,
 427                                                   4);
 428     else
 429         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 430
 431     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
 432
 433     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
 434
 435     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
 436                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
 437                                              tempData->codebooks.numCB4,
 438                                              &subcel->cbEntry, 4);
 439
 440     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 441
 442     for(i=0;i<4;i++) {
 443         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
 444
 445         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
 446                      y+(i&2), mb2, 2);
 447
 448         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 449             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
 450     }
 451
 452     best_dist = INT_MAX;
 453     for (i=0; i<4; i++)
 454         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 455             best_dist) {
 456             subcel->best_coding = i;
 457             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
 458             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
 459                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 460         }
 461 }
 462
 463 /**
 464  * Get distortion for all options available to a cel
 465  */
 466 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
 467                                 RoqTempdata *tempData)
 468 {
 469     uint8_t mb8[8*8*3];
 470     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
 471     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
 472
 473     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
 474
 475     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 476         cel->motion = enc->this_motion8[index];
 477
 478         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 479             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
 480                              enc->this_motion8[index], 8);
 481     } else
 482         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 483
 484     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 485         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 486                                                enc->current_frame->data,
 487                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 488                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 489                                                enc->frame_to_enc->linesize,
 490                                                enc->current_frame->linesize,8);
 491     else
 492         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 493
 494     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
 495
 496     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
 497         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
 498                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
 499
 500     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 501     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 502     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 503     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 504
 505     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 506     divide_bit_use = 0;
 507     for (i=0; i<4; i++) {
 508         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 509             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
 510         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
 511     }
 512
 513     best_dist = INT_MAX;
 514     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
 515
 516     for (i=0; i<4; i++)
 517         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 518             best_dist) {
 519             cel->best_coding = i;
 520             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
 521                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 522         }
 523
 524     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
 525     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
 526
 527     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
 528         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
 529
 530     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
 531         for (i=0; i<4; i++) {
 532             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
 533                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
 534             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
 535                 for (j=0; j<4; j++)
 536                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
 537         }
 538 }
 539
 540 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 541 {
 542     int i, j, idx=0;
 543
 544     /* Make remaps for the final codebook usage */
 545     for (i=0; i<(enc->quake3_compat ? MAX_CBS_4x4-1 : MAX_CBS_4x4); i++) {
 546         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
 547             tempData->i2f4[i] = idx;
 548             tempData->f2i4[idx] = i;
 549             for (j=0; j<4; j++)
 550                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
 551             idx++;
 552         }
 553     }
 554
 555     tempData->numCB4 = idx;
 556
 557     idx = 0;
 558     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
 559         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
 560             tempData->i2f2[i] = idx;
 561             tempData->f2i2[idx] = i;
 562             idx++;
 563         }
 564     }
 565     tempData->numCB2 = idx;
 566
 567 }
 568
 569 /**
 570  * Write codebook chunk
 571  */
 572 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 573 {
 574     int i, j;
 575     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
 576
 577     if (tempData->numCB2) {
 578         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
 579         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
 580         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
 581         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
 582
 583         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
 584             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
 585             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
 586             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
 587         }
 588
 589         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
 590             for (j=0; j<4; j++)
 591                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
 592
 593     }
 594 }
 595
 596 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
 597 {
 598     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
 599     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
 600     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
 601 }
 602
 603 typedef struct CodingSpool {
 604     int typeSpool;
 605     int typeSpoolLength;
 606     uint8_t argumentSpool[64];
 607     uint8_t *args;
 608     uint8_t **pout;
 609 } CodingSpool;
 610
 611 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
 612 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
 613 {
 614     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
 615     s->typeSpoolLength += 2;
 616     if (s->typeSpoolLength == 16) {
 617         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
 618         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
 619                               s->args - s->argumentSpool);
 620         s->typeSpoolLength = 0;
 621         s->typeSpool = 0;
 622         s->args = s->argumentSpool;
 623     }
 624 }
 625
 626 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
 627 {
 628     int i, j, k;
 629     int x, y;
 630     int subX, subY;
 631     int dist=0;
 632
 633     roq_qcell *qcell;
 634     CelEvaluation *eval;
 635
 636     CodingSpool spool;
 637
 638     spool.typeSpool=0;
 639     spool.typeSpoolLength=0;
 640     spool.args = spool.argumentSpool;
 641     spool.pout = &enc->out_buf;
 642
 643     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
 644         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
 645
 646     /* Write the video chunk header */
 647     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
 648     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
 649     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 650     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 651
 652     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
 653         eval = tempData->cel_evals + i;
 654
 655         x = eval->sourceX;
 656         y = eval->sourceY;
 657         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
 658
 659         switch (eval->best_coding) {
 660         case RoQ_ID_MOT:
 661             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
 662             break;
 663
 664         case RoQ_ID_FCC:
 665             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
 666
 667             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
 668             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
 669                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
 670             break;
 671
 672         case RoQ_ID_SLD:
 673             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
 674             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
 675
 676             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
 677             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 678             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 679             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 680             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 681             break;
 682
 683         case RoQ_ID_CCC:
 684             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
 685
 686             for (j=0; j<4; j++) {
 687                 subX = x + 4*(j&1);
 688                 subY = y + 2*(j&2);
 689
 690                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
 691                 case RoQ_ID_MOT:
 692                     break;
 693
 694                 case RoQ_ID_FCC:
 695                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 696                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
 697
 698                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
 699                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
 700                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
 701                     break;
 702
 703                 case RoQ_ID_SLD:
 704                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 705                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
 706
 707                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
 708
 709                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
 710                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 711                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
 712                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 713                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
 714                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 715                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
 716                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 717                     break;
 718
 719                 case RoQ_ID_CCC:
 720                     for (k=0; k<4; k++) {
 721                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
 722                         bytestream_put_byte(&spool.args,
 723                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
 724
 725                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
 726                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
 727                     }
 728                     break;
 729                 }
 730                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
 731             }
 732             break;
 733         }
 734     }
 735
 736     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
 737     while (spool.typeSpoolLength)
 738         write_typecode(&spool, 0x0);
 739 }
 740
 741
 742 /**
 743  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
 744  */
 745 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t * const *data,
 746                                        int top, int left, const int *stride)
 747 {
 748     int i, j, u=0, v=0;
 749
 750     for (i=0; i<2; i++)
 751         for (j=0; j<2; j++) {
 752             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
 753             *block++ = data[0][x];
 754             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
 755             u       += data[1][x];
 756             v       += data[2][x];
 757         }
 758
 759     *block++ = (u+2)/4;
 760     *block++ = (v+2)/4;
 761 }
 762
 763 /**
 764  * Create YUV clusters for the entire image
 765  */
 766 static void create_clusters(const AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
 767 {
 768     int i, j, k, l;
 769
 770     for (i=0; i<h; i+=4)
 771         for (j=0; j<w; j+=4) {
 772             for (k=0; k < 2; k++)
 773                 for (l=0; l < 2; l++)
 774                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
 775                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
 776             yuvClusters += 24;
 777         }
 778 }
 779
 780 static int generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
 781                              int *points, int inputCount, roq_cell *results,
 782                              int size, int cbsize)
 783 {
 784     int i, j, k, ret = 0;
 785     int c_size = size*size/4;
 786     int *buf;
 787     int *codebook = av_malloc_array(6*c_size, cbsize*sizeof(int));
 788     int *closest_cb;
 789
 790     if (!codebook)
 791         return AVERROR(ENOMEM);
 792
 793     if (size == 4) {
 794         closest_cb = av_malloc_array(6*c_size, inputCount*sizeof(int));
 795         if (!closest_cb) {
 796             ret = AVERROR(ENOMEM);
 797             goto out;
 798         }
 799     } else
 800         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
 801
 802     ret = avpriv_init_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
 803                        cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 804     if (ret < 0)
 805         goto out;
 806     ret = avpriv_do_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
 807                      cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 808     if (ret < 0)
 809         goto out;
 810
 811     buf = codebook;
 812     for (i=0; i<cbsize; i++)
 813         for (k=0; k<c_size; k++) {
 814             for(j=0; j<4; j++)
 815                 results->y[j] = *buf++;
 816
 817             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 818             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 819             results++;
 820         }
 821 out:
 822     if (size == 4)
 823         av_free(closest_cb);
 824     av_free(codebook);
 825     return ret;
 826 }
 827
 828 static int generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 829 {
 830     int i, j, ret = 0;
 831     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
 832     int max = enc->width*enc->height/16;
 833     uint8_t mb2[3*4];
 834     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
 835     uint8_t *yuvClusters=av_malloc_array(max, sizeof(int)*6*4);
 836     int *points = av_malloc_array(max, 6*4*sizeof(int));
 837     int bias;
 838
 839     if (!results4 || !yuvClusters || !points) {
 840         ret = AVERROR(ENOMEM);
 841         goto out;
 842     }
 843
 844     /* Subsample YUV data */
 845     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
 846
 847     /* Cast to integer and apply chroma bias */
 848     for (i=0; i<max*24; i++) {
 849         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
 850         points[i] = bias*yuvClusters[i];
 851     }
 852
 853     /* Create 4x4 codebooks */
 854     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max,
 855                                  results4, 4, (enc->quake3_compat ? MAX_CBS_4x4-1 : MAX_CBS_4x4))) < 0)
 856         goto out;
 857
 858     codebooks->numCB4 = (enc->quake3_compat ? MAX_CBS_4x4-1 : MAX_CBS_4x4);
 859
 860     tempData->closest_cb2 = av_malloc_array(max, 4*sizeof(int));
 861     if (!tempData->closest_cb2) {
 862         ret = AVERROR(ENOMEM);
 863         goto out;
 864     }
 865
 866     /* Create 2x2 codebooks */
 867     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max * 4,
 868                                  enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2)) < 0)
 869         goto out;
 870
 871     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
 872
 873     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
 874     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
 875         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
 876
 877     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
 878     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
 879         for (j=0; j<4; j++) {
 880             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
 881             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
 882                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
 883         }
 884         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
 885                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
 886         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
 887                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
 888     }
 889 out:
 890     av_free(yuvClusters);
 891     av_free(points);
 892     av_free(results4);
 893     return ret;
 894 }
 895
 896 static int roq_encode_video(RoqContext *enc)
 897 {
 898     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
 899     int i, ret;
 900
 901     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
 902
 903     ret = create_cel_evals(enc, tempData);
 904     if (ret < 0)
 905         return ret;
 906
 907     ret = generate_new_codebooks(enc, tempData);
 908     if (ret < 0)
 909         return ret;
 910
 911     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 912         motion_search(enc, 8);
 913         motion_search(enc, 4);
 914     }
 915
 916  retry_encode:
 917     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
 918         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
 919
 920     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
 921     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535 && enc->quake3_compat) {
 922         if (enc->lambda > 100000) {
 923             av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot encode video in Quake compatible form\n");
 924             return AVERROR(EINVAL);
 925         }
 926         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
 927                "Warning, generated a frame too big for Quake (%d > 65535), "
 928                "now switching to a bigger qscale value.\n",
 929                tempData->mainChunkSize/8);
 930         enc->lambda *= 1.5;
 931         tempData->mainChunkSize = 0;
 932         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
 933         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
 934                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
 935         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
 936                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
 937
 938         goto retry_encode;
 939     }
 940
 941     remap_codebooks(enc, tempData);
 942
 943     write_codebooks(enc, tempData);
 944
 945     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
 946                                  enc->width*enc->height/64);
 947
 948     /* Rotate frame history */
 949     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
 950     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
 951     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
 952
 953     av_freep(&tempData->cel_evals);
 954     av_freep(&tempData->closest_cb2);
 955
 956     enc->framesSinceKeyframe++;
 957
 958     return 0;
 959 }
 960
 961 static av_cold int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 962 {
 963     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 964
 965     av_frame_free(&enc->current_frame);
 966     av_frame_free(&enc->last_frame);
 967
 968     av_freep(&enc->tmpData);
 969     av_freep(&enc->this_motion4);
 970     av_freep(&enc->last_motion4);
 971     av_freep(&enc->this_motion8);
 972     av_freep(&enc->last_motion8);
 973
 974     return 0;
 975 }
 976
 977 static av_cold int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 978 {
 979     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 980
 981     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
 982
 983     enc->avctx = avctx;
 984
 985     enc->framesSinceKeyframe = 0;
 986     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
 987         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
 988         return AVERROR(EINVAL);
 989     }
 990
 991     if (avctx->width > 65535 || avctx->height > 65535) {
 992         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions are max %d\n", enc->quake3_compat ? 32768 : 65535);
 993         return AVERROR(EINVAL);
 994     }
 995
 996     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
 997         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two, this is not supported by quake\n");
 998
 999     enc->width = avctx->width;
1000     enc->height = avctx->height;
1001
1002     enc->framesSinceKeyframe = 0;
1003     enc->first_frame = 1;
1004
1005     enc->last_frame    = av_frame_alloc();
1006     enc->current_frame = av_frame_alloc();
1007     if (!enc->last_frame || !enc->current_frame) {
1008         roq_encode_end(avctx);
1009         return AVERROR(ENOMEM);
1010     }
1011
1012     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
1013
1014     enc->this_motion4 =
1015         av_mallocz_array((enc->width*enc->height/16), sizeof(motion_vect));
1016
1017     enc->last_motion4 =
1018         av_malloc_array ((enc->width*enc->height/16), sizeof(motion_vect));
1019
1020     enc->this_motion8 =
1021         av_mallocz_array((enc->width*enc->height/64), sizeof(motion_vect));
1022
1023     enc->last_motion8 =
1024         av_malloc_array ((enc->width*enc->height/64), sizeof(motion_vect));
1025
1026     if (!enc->tmpData || !enc->this_motion4 || !enc->last_motion4 ||
1027         !enc->this_motion8 || !enc->last_motion8) {
1028         roq_encode_end(avctx);
1029         return AVERROR(ENOMEM);
1030     }
1031
1032     return 0;
1033 }
1034
1035 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
1036 {
1037     /* ROQ info chunk */
1038     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
1039
1040     /* Size: 8 bytes */
1041     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
1042
1043     /* Unused argument */
1044     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1045     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1046
1047     /* Width */
1048     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
1049
1050     /* Height */
1051     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
1052
1053     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
1054     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1055     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1056     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1057     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1058 }
1059
1060 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1061                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1062 {
1063     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1064     int size, ret;
1065
1066     enc->avctx = avctx;
1067
1068     enc->frame_to_enc = frame;
1069
1070     if (frame->quality)
1071         enc->lambda = frame->quality - 1;
1072     else
1073         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1074
1075     /* 138 bits max per 8x8 block +
1076      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1077     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1078     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, size, 0)) < 0)
1079         return ret;
1080     enc->out_buf = pkt->data;
1081
1082     /* Check for I-frame */
1083     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1084         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1085
1086     if (enc->first_frame) {
1087         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1088          for that) */
1089         if ((ret = ff_get_buffer(avctx, enc->current_frame, 0)) < 0 ||
1090             (ret = ff_get_buffer(avctx, enc->last_frame,    0)) < 0)
1091             return ret;
1092
1093         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1094         roq_write_video_info_chunk(enc);
1095
1096         enc->first_frame = 0;
1097     }
1098
1099     /* Encode the actual frame */
1100     ret = roq_encode_video(enc);
1101     if (ret < 0)
1102         return ret;
1103
1104     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1105     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1106         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1107     *got_packet = 1;
1108
1109     return 0;
1110 }
1111
1112 #define OFFSET(x) offsetof(RoqContext, x)
1113 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
1114 static const AVOption options[] = {
1115     { "quake3_compat", "Whether to respect known limitations in Quake 3 decoder", OFFSET(quake3_compat), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 1 }, 0, 1, VE },
1116     { NULL },
1117 };
1118
1119 static const AVClass roq_class = {
1120     .class_name = "RoQ",
1121     .item_name  = av_default_item_name,
1122     .option     = options,
1123     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1124 };
1125
1126 AVCodec ff_roq_encoder = {
1127     .name                 = "roqvideo",
1128     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1129     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1130     .id                   = AV_CODEC_ID_ROQ,
1131     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1132     .init                 = roq_encode_init,
1133     .encode2              = roq_encode_frame,
1134     .close                = roq_encode_end,
1135     .pix_fmts             = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUVJ444P,
1136                                                         AV_PIX_FMT_NONE },
1137     .priv_class     = &roq_class,
1138 };