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