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 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  * a64 video encoder - multicolor modes
  25  */
  26
  27 #include "a64colors.h"
  28 #include "a64tables.h"
  29 #include "elbg.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "libavutil/common.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 #define C64XRES 320
  40 #define C64YRES 200
  41
  42 typedef struct A64Context {
  43     /* general variables */
  44     AVFrame picture;
  45
  46     /* variables for multicolor modes */
  47     AVLFG randctx;
  48     int mc_lifetime;
  49     int mc_use_5col;
  50     unsigned mc_frame_counter;
  51     int *mc_meta_charset;
  52     int *mc_charmap;
  53     int *mc_best_cb;
  54     int mc_luma_vals[5];
  55     uint8_t *mc_charset;
  56     uint8_t *mc_colram;
  57     uint8_t *mc_palette;
  58     int mc_pal_size;
  59
  60     /* pts of the next packet that will be output */
  61     int64_t next_pts;
  62 } A64Context;
  63
  64 /* gray gradient */
  65 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
  66
  67 /* other possible gradients - to be tested */
  68 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
  69 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
  70
  71 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
  72 {
  73     int blockx, blocky, x, y;
  74     int luma = 0;
  75     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
  76     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
  77     uint8_t *src = p->data[0];
  78
  79     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
  80         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
  81             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
  82                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
  83                     if(x < width && y < height) {
  84                         /* build average over 2 pixels */
  85                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
  86                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
  87                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
  88                         dest[0] = luma;
  89                     }
  90                     dest++;
  91                 }
  92             }
  93         }
  94     }
  95 }
  96
  97 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
  98                            uint8_t *colrammap)
  99 {
 100     A64Context *c = avctx->priv_data;
 101     uint8_t row1, row2;
 102     int charpos, x, y;
 103     int a, b;
 104     uint8_t pix;
 105     int lowdiff, highdiff;
 106     int *best_cb = c->mc_best_cb;
 107     static uint8_t index1[256];
 108     static uint8_t index2[256];
 109     static uint8_t dither[256];
 110     int i;
 111     int distance;
 112
 113     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
 114     i = 0;
 115     for (a=0; a < 256; a++) {
 116         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
 117             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
 118             for(b = 0; b <= distance; b++) {
 119                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
 120             }
 121             i++;
 122         }
 123         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
 124         index1[a] = i;
 125         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
 126     }
 127
 128     /* and render charset */
 129     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
 130         lowdiff  = 0;
 131         highdiff = 0;
 132         for (y = 0; y < 8; y++) {
 133             row1 = 0; row2 = 0;
 134             for (x = 0; x < 4; x++) {
 135                 pix = best_cb[y * 4 + x];
 136
 137                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
 138                 if (index1[pix] >= 3)
 139                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
 140                 if (index1[pix] < 1)
 141                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
 142
 143                 row1 <<= 2;
 144
 145                 if (INTERLACED) {
 146                     row2 <<= 2;
 147                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
 148                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 149                     else
 150                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 151
 152                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
 153                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
 154                     else
 155                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
 156                 }
 157                 else {
 158                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
 159                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 160                     else
 161                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 162                 }
 163             }
 164             charset[y+0x000] = row1;
 165             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
 166         }
 167         /* do we need to adjust pixels? */
 168         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
 169             if (lowdiff > highdiff) {
 170                 for (x = 0; x < 32; x++)
 171                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
 172             } else {
 173                 for (x = 0; x < 32; x++)
 174                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
 175             }
 176             charpos--;          /* redo now adjusted char */
 177         /* no adjustment needed, all fine */
 178         } else {
 179             /* advance pointers */
 180             best_cb += 32;
 181             charset += 8;
 182
 183             /* remember colorram value */
 184             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
 185         }
 186     }
 187 }
 188
 189 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
 190 {
 191     A64Context *c = avctx->priv_data;
 192     av_free(c->mc_meta_charset);
 193     av_free(c->mc_best_cb);
 194     av_free(c->mc_charset);
 195     av_free(c->mc_charmap);
 196     av_free(c->mc_colram);
 197     return 0;
 198 }
 199
 200 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
 201 {
 202     A64Context *c = avctx->priv_data;
 203     int a;
 204     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
 205
 206     if (avctx->global_quality < 1) {
 207         c->mc_lifetime = 4;
 208     } else {
 209         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
 210     }
 211
 212     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
 213
 214     c->mc_frame_counter = 0;
 215     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
 216     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
 217
 218     /* precalc luma values for later use */
 219     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
 220         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
 221                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
 222                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
 223     }
 224
 225     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 226        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
 227        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 228        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
 229        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
 230         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
 231         return AVERROR(ENOMEM);
 232     }
 233
 234     /* set up extradata */
 235     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
 236         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
 237         return AVERROR(ENOMEM);
 238     }
 239     avctx->extradata_size = 8 * 4;
 240     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
 241     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
 242
 243     avcodec_get_frame_defaults(&c->picture);
 244     avctx->coded_frame            = &c->picture;
 245     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 246     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 247     if (!avctx->codec_tag)
 248          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
 249
 250     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 251
 252     return 0;
 253 }
 254
 255 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
 256 {
 257     int a;
 258     uint8_t temp;
 259     /* only needs to be done in 5col mode */
 260     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
 261     for (a = 0; a < 256; a++) {
 262         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
 263         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
 264         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
 265         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
 266         buf[a] = temp << 2;
 267     }
 268 }
 269
 270 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 271                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
 272 {
 273     A64Context *c = avctx->priv_data;
 274     AVFrame *const p = &c->picture;
 275
 276     int frame;
 277     int x, y;
 278     int b_height;
 279     int b_width;
 280
 281     int req_size, ret;
 282     uint8_t *buf = NULL;
 283
 284     int *charmap     = c->mc_charmap;
 285     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
 286     uint8_t *charset = c->mc_charset;
 287     int *meta        = c->mc_meta_charset;
 288     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
 289
 290     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
 291     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
 292     int screen_size;
 293
 294     if(CROP_SCREENS) {
 295         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
 296         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
 297         screen_size = b_width * b_height;
 298     } else {
 299         b_height = C64YRES >> 3;
 300         b_width  = C64XRES >> 3;
 301         screen_size = 0x400;
 302     }
 303
 304     /* no data, means end encoding asap */
 305     if (!pict) {
 306         /* all done, end encoding */
 307         if (!c->mc_lifetime) return 0;
 308         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
 309         if (!c->mc_frame_counter) {
 310             c->mc_lifetime = 0;
 311         }
 312         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
 313         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
 314     /* still new data available */
 315     } else {
 316         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
 317         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
 318             *p = *pict;
 319             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 320             p->key_frame = 1;
 321             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
 322             c->mc_frame_counter++;
 323             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 324                 c->next_pts = pict->pts;
 325             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
 326             return 0;
 327         }
 328     }
 329
 330     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
 331     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
 332         req_size = 0;
 333         /* any frames to encode? */
 334         if (c->mc_lifetime) {
 335             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
 336             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, req_size)) < 0)
 337                 return ret;
 338             buf = pkt->data;
 339
 340             /* calc optimal new charset + charmaps */
 341             ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 342             ff_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 343
 344             /* create colorram map and a c64 readable charset */
 345             render_charset(avctx, charset, colram);
 346
 347             /* copy charset to buf */
 348             memcpy(buf, charset, charset_size);
 349
 350             /* advance pointers */
 351             buf      += charset_size;
 352             charset  += charset_size;
 353         }
 354
 355         /* write x frames to buf */
 356         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
 357             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
 358             for (y = 0; y < b_height; y++) {
 359                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
 360                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
 361                 }
 362             }
 363             /* advance pointers */
 364             buf += screen_size;
 365             req_size += screen_size;
 366
 367             /* compress and copy colram to buf */
 368             if (c->mc_use_5col) {
 369                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
 370                 /* advance pointers */
 371                 buf += colram_size;
 372                 req_size += colram_size;
 373             }
 374
 375             /* advance to next charmap */
 376             charmap += 1000;
 377         }
 378
 379         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
 380         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
 381         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
 382
 383         /* reset counter */
 384         c->mc_frame_counter = 0;
 385
 386         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
 387         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
 388
 389         pkt->size   = req_size;
 390         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 391         *got_packet = !!req_size;
 392     }
 393     return 0;
 394 }
 395
 396 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
 397 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
 398     .name           = "a64multi",
 399     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 400     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
 401     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 402     .init           = a64multi_init_encoder,
 403     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 404     .close          = a64multi_close_encoder,
 405     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 406     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
 407     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 408 };
 409 #endif
 410 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
 411 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
 412     .name           = "a64multi5",
 413     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 414     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
 415     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 416     .init           = a64multi_init_encoder,
 417     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 418     .close          = a64multi_close_encoder,
 419     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 420     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
 421     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 422 };
 423 #endif