git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/a64multienc.c

   1 /*
   2  * a64 video encoder - multicolor modes
   3  * Copyright (c) 2009 Tobias Bindhammer
   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  * a64 video encoder - multicolor modes
  25  */
  26
  27 #include "a64enc.h"
  28 #include "a64colors.h"
  29 #include "a64tables.h"
  30 #include "elbg.h"
  31 #include "internal.h"
  32 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  33
  34 #define DITHERSTEPS   8
  35 #define CHARSET_CHARS 256
  36 #define INTERLACED    1
  37 #define CROP_SCREENS  1
  38
  39 /* gray gradient */
  40 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
  41
  42 /* other possible gradients - to be tested */
  43 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
  44 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
  45
  46 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
  47 {
  48     int blockx, blocky, x, y;
  49     int luma = 0;
  50     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
  51     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
  52     uint8_t *src = p->data[0];
  53
  54     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
  55         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
  56             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
  57                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
  58                     if(x < width && y < height) {
  59                         /* build average over 2 pixels */
  60                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
  61                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
  62                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
  63                         dest[0] = luma;
  64                     }
  65                     dest++;
  66                 }
  67             }
  68         }
  69     }
  70 }
  71
  72 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
  73                            uint8_t *colrammap)
  74 {
  75     A64Context *c = avctx->priv_data;
  76     uint8_t row1, row2;
  77     int charpos, x, y;
  78     int a, b;
  79     uint8_t pix;
  80     int lowdiff, highdiff;
  81     int *best_cb = c->mc_best_cb;
  82     static uint8_t index1[256];
  83     static uint8_t index2[256];
  84     static uint8_t dither[256];
  85     int i;
  86     int distance;
  87
  88     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
  89     i = 0;
  90     for (a=0; a < 256; a++) {
  91         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
  92             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
  93             for(b = 0; b <= distance; b++) {
  94                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
  95             }
  96             i++;
  97         }
  98         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
  99         index1[a] = i;
 100         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
 101     }
 102
 103     /* and render charset */
 104     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
 105         lowdiff  = 0;
 106         highdiff = 0;
 107         for (y = 0; y < 8; y++) {
 108             row1 = 0; row2 = 0;
 109             for (x = 0; x < 4; x++) {
 110                 pix = best_cb[y * 4 + x];
 111
 112                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
 113                 if (index1[pix] >= 3)
 114                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
 115                 if (index1[pix] < 1)
 116                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
 117
 118                 row1 <<= 2;
 119
 120                 if (INTERLACED) {
 121                     row2 <<= 2;
 122                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
 123                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 124                     else
 125                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 126
 127                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
 128                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
 129                     else
 130                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
 131                 }
 132                 else {
 133                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
 134                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 135                     else
 136                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 137                 }
 138             }
 139             charset[y+0x000] = row1;
 140             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
 141         }
 142         /* do we need to adjust pixels? */
 143         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
 144             if (lowdiff > highdiff) {
 145                 for (x = 0; x < 32; x++)
 146                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
 147             } else {
 148                 for (x = 0; x < 32; x++)
 149                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
 150             }
 151             charpos--;          /* redo now adjusted char */
 152         /* no adjustment needed, all fine */
 153         } else {
 154             /* advance pointers */
 155             best_cb += 32;
 156             charset += 8;
 157
 158             /* remember colorram value */
 159             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
 160         }
 161     }
 162 }
 163
 164 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
 165 {
 166     A64Context *c = avctx->priv_data;
 167     av_free(c->mc_meta_charset);
 168     av_free(c->mc_best_cb);
 169     av_free(c->mc_charset);
 170     av_free(c->mc_charmap);
 171     av_free(c->mc_colram);
 172     return 0;
 173 }
 174
 175 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
 176 {
 177     A64Context *c = avctx->priv_data;
 178     int a;
 179     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
 180
 181     if (avctx->global_quality < 1) {
 182         c->mc_lifetime = 4;
 183     } else {
 184         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
 185     }
 186
 187     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
 188
 189     c->mc_frame_counter = 0;
 190     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == CODEC_ID_A64_MULTI5;
 191     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
 192
 193     /* precalc luma values for later use */
 194     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
 195         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
 196                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
 197                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
 198     }
 199
 200     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 201        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
 202        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 203        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
 204        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
 205         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
 206         return AVERROR(ENOMEM);
 207     }
 208
 209     /* set up extradata */
 210     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
 211         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
 212         return AVERROR(ENOMEM);
 213     }
 214     avctx->extradata_size = 8 * 4;
 215     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
 216     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
 217
 218     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
 219     avctx->coded_frame            = &c->picture;
 220     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 221     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 222     if (!avctx->codec_tag)
 223          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
 224
 225     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 226
 227     return 0;
 228 }
 229
 230 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
 231 {
 232     int a;
 233     uint8_t temp;
 234     /* only needs to be done in 5col mode */
 235     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
 236     for (a = 0; a < 256; a++) {
 237         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
 238         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
 239         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
 240         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
 241         buf[a] = temp << 2;
 242     }
 243 }
 244
 245 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 246                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
 247 {
 248     A64Context *c = avctx->priv_data;
 249     AVFrame *const p = &c->picture;
 250
 251     int frame;
 252     int x, y;
 253     int b_height;
 254     int b_width;
 255
 256     int req_size, ret;
 257     uint8_t *buf;
 258
 259     int *charmap     = c->mc_charmap;
 260     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
 261     uint8_t *charset = c->mc_charset;
 262     int *meta        = c->mc_meta_charset;
 263     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
 264
 265     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
 266     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
 267     int screen_size;
 268
 269     if(CROP_SCREENS) {
 270         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
 271         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
 272         screen_size = b_width * b_height;
 273     } else {
 274         b_height = C64YRES >> 3;
 275         b_width  = C64XRES >> 3;
 276         screen_size = 0x400;
 277     }
 278
 279     /* no data, means end encoding asap */
 280     if (!pict) {
 281         /* all done, end encoding */
 282         if (!c->mc_lifetime) return 0;
 283         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
 284         if (!c->mc_frame_counter) {
 285             c->mc_lifetime = 0;
 286         }
 287         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
 288         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
 289     /* still new data available */
 290     } else {
 291         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
 292         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
 293             *p = *pict;
 294             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 295             p->key_frame = 1;
 296             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
 297             c->mc_frame_counter++;
 298             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 299                 c->next_pts = pict->pts;
 300             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
 301             return 0;
 302         }
 303     }
 304
 305     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
 306     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
 307         req_size = 0;
 308         /* any frames to encode? */
 309         if (c->mc_lifetime) {
 310             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
 311             if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, req_size)) < 0) {
 312                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet of size %d.\n", req_size);
 313                 return ret;
 314             }
 315             buf = pkt->data;
 316
 317             /* calc optimal new charset + charmaps */
 318             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 319             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 320
 321             /* create colorram map and a c64 readable charset */
 322             render_charset(avctx, charset, colram);
 323
 324             /* copy charset to buf */
 325             memcpy(buf, charset, charset_size);
 326
 327             /* advance pointers */
 328             buf      += charset_size;
 329             charset  += charset_size;
 330         }
 331
 332         /* write x frames to buf */
 333         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
 334             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
 335             for (y = 0; y < b_height; y++) {
 336                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
 337                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
 338                 }
 339             }
 340             /* advance pointers */
 341             buf += screen_size;
 342             req_size += screen_size;
 343
 344             /* compress and copy colram to buf */
 345             if (c->mc_use_5col) {
 346                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
 347                 /* advance pointers */
 348                 buf += colram_size;
 349                 req_size += colram_size;
 350             }
 351
 352             /* advance to next charmap */
 353             charmap += 1000;
 354         }
 355
 356         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
 357         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
 358         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
 359
 360         /* reset counter */
 361         c->mc_frame_counter = 0;
 362
 363         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
 364         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
 365
 366         pkt->size   = req_size;
 367         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 368         *got_packet = !!req_size;
 369     }
 370     return 0;
 371 }
 372
 373 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
 374     .name           = "a64multi",
 375     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 376     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI,
 377     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 378     .init           = a64multi_init_encoder,
 379     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 380     .close          = a64multi_close_encoder,
 381     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
 382     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
 383     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 384 };
 385
 386 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
 387     .name           = "a64multi5",
 388     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 389     .id             = CODEC_ID_A64_MULTI5,
 390     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 391     .init           = a64multi_init_encoder,
 392     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 393     .close          = a64multi_close_encoder,
 394     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) {PIX_FMT_GRAY8, PIX_FMT_NONE},
 395     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
 396     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 397 };