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/avassert.h"
  32 #include "libavutil/common.h"
  33 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  34
  35 #define DITHERSTEPS   8
  36 #define CHARSET_CHARS 256
  37 #define INTERLACED    1
  38 #define CROP_SCREENS  1
  39
  40 #define C64XRES 320
  41 #define C64YRES 200
  42
  43 typedef struct A64Context {
  44     /* variables for multicolor modes */
  45     AVLFG randctx;
  46     int mc_lifetime;
  47     int mc_use_5col;
  48     unsigned mc_frame_counter;
  49     int *mc_meta_charset;
  50     int *mc_charmap;
  51     int *mc_best_cb;
  52     int mc_luma_vals[5];
  53     uint8_t *mc_charset;
  54     uint8_t *mc_colram;
  55     uint8_t *mc_palette;
  56     int mc_pal_size;
  57
  58     /* pts of the next packet that will be output */
  59     int64_t next_pts;
  60 } A64Context;
  61
  62 /* gray gradient */
  63 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
  64
  65 /* other possible gradients - to be tested */
  66 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
  67 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
  68
  69 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *p, int *dest)
  70 {
  71     int blockx, blocky, x, y;
  72     int luma = 0;
  73     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
  74     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
  75     uint8_t *src = p->data[0];
  76
  77     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
  78         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
  79             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
  80                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
  81                     if(x < width && y < height) {
  82                         if (x + 1 < width) {
  83                             /* build average over 2 pixels */
  84                             luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
  85                                     src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
  86                         } else {
  87                             luma = src[(x + y * p->linesize[0])];
  88                         }
  89                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
  90                         dest[0] = luma;
  91                     }
  92                     dest++;
  93                 }
  94             }
  95         }
  96     }
  97 }
  98
  99 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
 100                            uint8_t *colrammap)
 101 {
 102     A64Context *c = avctx->priv_data;
 103     uint8_t row1, row2;
 104     int charpos, x, y;
 105     int a, b;
 106     uint8_t pix;
 107     int lowdiff, highdiff;
 108     int *best_cb = c->mc_best_cb;
 109     static uint8_t index1[256];
 110     static uint8_t index2[256];
 111     static uint8_t dither[256];
 112     int i;
 113     int distance;
 114
 115     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
 116     i = 0;
 117     for (a=0; a < 256; a++) {
 118         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
 119             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
 120             for(b = 0; b <= distance; b++) {
 121                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
 122             }
 123             i++;
 124         }
 125         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
 126         index1[a] = i;
 127         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
 128     }
 129
 130     /* and render charset */
 131     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
 132         lowdiff  = 0;
 133         highdiff = 0;
 134         for (y = 0; y < 8; y++) {
 135             row1 = 0; row2 = 0;
 136             for (x = 0; x < 4; x++) {
 137                 pix = best_cb[y * 4 + x];
 138
 139                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
 140                 if (index1[pix] >= 3)
 141                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
 142                 if (index1[pix] < 1)
 143                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
 144
 145                 row1 <<= 2;
 146
 147                 if (INTERLACED) {
 148                     row2 <<= 2;
 149                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
 150                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 151                     else
 152                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 153
 154                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
 155                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
 156                     else
 157                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
 158                 }
 159                 else {
 160                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
 161                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 162                     else
 163                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 164                 }
 165             }
 166             charset[y+0x000] = row1;
 167             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
 168         }
 169         /* do we need to adjust pixels? */
 170         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
 171             if (lowdiff > highdiff) {
 172                 for (x = 0; x < 32; x++)
 173                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
 174             } else {
 175                 for (x = 0; x < 32; x++)
 176                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
 177             }
 178             charpos--;          /* redo now adjusted char */
 179         /* no adjustment needed, all fine */
 180         } else {
 181             /* advance pointers */
 182             best_cb += 32;
 183             charset += 8;
 184
 185             /* remember colorram value */
 186             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
 187         }
 188     }
 189 }
 190
 191 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
 192 {
 193     A64Context *c = avctx->priv_data;
 194     av_freep(&c->mc_meta_charset);
 195     av_freep(&c->mc_best_cb);
 196     av_freep(&c->mc_charset);
 197     av_freep(&c->mc_charmap);
 198     av_freep(&c->mc_colram);
 199     return 0;
 200 }
 201
 202 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 203 {
 204     A64Context *c = avctx->priv_data;
 205     int a;
 206     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
 207
 208     if (avctx->global_quality < 1) {
 209         c->mc_lifetime = 4;
 210     } else {
 211         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
 212     }
 213
 214     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
 215
 216     c->mc_frame_counter = 0;
 217     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
 218     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
 219
 220     /* precalc luma values for later use */
 221     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
 222         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
 223                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
 224                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
 225     }
 226
 227     if (!(c->mc_meta_charset = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 32000 * sizeof(int))) ||
 228        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
 229        !(c->mc_charmap       = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 1000 * sizeof(int))) ||
 230        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
 231        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
 232         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
 233         return AVERROR(ENOMEM);
 234     }
 235
 236     /* set up extradata */
 237     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
 238         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
 239         return AVERROR(ENOMEM);
 240     }
 241     avctx->extradata_size = 8 * 4;
 242     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
 243     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
 244
 245     if (!avctx->codec_tag)
 246          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
 247
 248     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 249
 250     return 0;
 251 }
 252
 253 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
 254 {
 255     int a;
 256     uint8_t temp;
 257     /* only needs to be done in 5col mode */
 258     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
 259     for (a = 0; a < 256; a++) {
 260         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
 261         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
 262         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
 263         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
 264         buf[a] = temp << 2;
 265     }
 266 }
 267
 268 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 269                                  const AVFrame *p, int *got_packet)
 270 {
 271     A64Context *c = avctx->priv_data;
 272
 273     int frame;
 274     int x, y;
 275     int b_height;
 276     int b_width;
 277
 278     int req_size, ret;
 279     uint8_t *buf = NULL;
 280
 281     int *charmap     = c->mc_charmap;
 282     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
 283     uint8_t *charset = c->mc_charset;
 284     int *meta        = c->mc_meta_charset;
 285     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
 286
 287     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
 288     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
 289     int screen_size;
 290
 291     if(CROP_SCREENS) {
 292         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
 293         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
 294         screen_size = b_width * b_height;
 295     } else {
 296         b_height = C64YRES >> 3;
 297         b_width  = C64XRES >> 3;
 298         screen_size = 0x400;
 299     }
 300
 301     /* no data, means end encoding asap */
 302     if (!p) {
 303         /* all done, end encoding */
 304         if (!c->mc_lifetime) return 0;
 305         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
 306         if (!c->mc_frame_counter) {
 307             c->mc_lifetime = 0;
 308         }
 309         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
 310         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
 311     /* still new data available */
 312     } else {
 313         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
 314         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
 315             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
 316             c->mc_frame_counter++;
 317             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 318                 c->next_pts = p->pts;
 319             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
 320             return 0;
 321         }
 322     }
 323
 324     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
 325     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
 326         req_size = 0;
 327         /* any frames to encode? */
 328         if (c->mc_lifetime) {
 329             int alloc_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
 330             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, alloc_size)) < 0)
 331                 return ret;
 332             buf = pkt->data;
 333
 334             /* calc optimal new charset + charmaps */
 335             ret = avpriv_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
 336                                CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 337             if (ret < 0)
 338                 return ret;
 339             ret = avpriv_do_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
 340                              CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 341             if (ret < 0)
 342                 return ret;
 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             req_size += 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         av_assert0(pkt->size >= req_size);
 390         pkt->size   = req_size;
 391         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 392         *got_packet = !!req_size;
 393     }
 394     return 0;
 395 }
 396
 397 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
 398 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
 399     .name           = "a64multi",
 400     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
 401     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 402     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
 403     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 404     .init           = a64multi_encode_init,
 405     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 406     .close          = a64multi_close_encoder,
 407     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 408     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 409 };
 410 #endif
 411 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
 412 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
 413     .name           = "a64multi5",
 414     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
 415     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 416     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
 417     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 418     .init           = a64multi_encode_init,
 419     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 420     .close          = a64multi_close_encoder,
 421     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 422     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 423 };
 424 #endif