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     /* variables for multicolor modes */
  44     AVLFG randctx;
  45     int mc_lifetime;
  46     int mc_use_5col;
  47     unsigned mc_frame_counter;
  48     int *mc_meta_charset;
  49     int *mc_charmap;
  50     int *mc_best_cb;
  51     int mc_luma_vals[5];
  52     uint8_t *mc_charset;
  53     uint8_t *mc_colram;
  54     uint8_t *mc_palette;
  55     int mc_pal_size;
  56
  57     /* pts of the next packet that will be output */
  58     int64_t next_pts;
  59 } A64Context;
  60
  61 /* gray gradient */
  62 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
  63
  64 /* other possible gradients - to be tested */
  65 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
  66 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
  67
  68 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx, AVFrame *p, int *dest)
  69 {
  70     int blockx, blocky, x, y;
  71     int luma = 0;
  72     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
  73     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
  74     uint8_t *src = p->data[0];
  75
  76     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
  77         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
  78             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
  79                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
  80                     if(x < width && y < height) {
  81                         /* build average over 2 pixels */
  82                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
  83                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
  84                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
  85                         dest[0] = luma;
  86                     }
  87                     dest++;
  88                 }
  89             }
  90         }
  91     }
  92 }
  93
  94 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
  95                            uint8_t *colrammap)
  96 {
  97     A64Context *c = avctx->priv_data;
  98     uint8_t row1, row2;
  99     int charpos, x, y;
 100     int a, b;
 101     uint8_t pix;
 102     int lowdiff, highdiff;
 103     int *best_cb = c->mc_best_cb;
 104     static uint8_t index1[256];
 105     static uint8_t index2[256];
 106     static uint8_t dither[256];
 107     int i;
 108     int distance;
 109
 110     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
 111     i = 0;
 112     for (a=0; a < 256; a++) {
 113         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
 114             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
 115             for(b = 0; b <= distance; b++) {
 116                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
 117             }
 118             i++;
 119         }
 120         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
 121         index1[a] = i;
 122         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
 123     }
 124
 125     /* and render charset */
 126     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
 127         lowdiff  = 0;
 128         highdiff = 0;
 129         for (y = 0; y < 8; y++) {
 130             row1 = 0; row2 = 0;
 131             for (x = 0; x < 4; x++) {
 132                 pix = best_cb[y * 4 + x];
 133
 134                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
 135                 if (index1[pix] >= 3)
 136                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
 137                 if (index1[pix] < 1)
 138                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
 139
 140                 row1 <<= 2;
 141
 142                 if (INTERLACED) {
 143                     row2 <<= 2;
 144                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
 145                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 146                     else
 147                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 148
 149                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
 150                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
 151                     else
 152                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
 153                 }
 154                 else {
 155                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
 156                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 157                     else
 158                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 159                 }
 160             }
 161             charset[y+0x000] = row1;
 162             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
 163         }
 164         /* do we need to adjust pixels? */
 165         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
 166             if (lowdiff > highdiff) {
 167                 for (x = 0; x < 32; x++)
 168                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
 169             } else {
 170                 for (x = 0; x < 32; x++)
 171                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
 172             }
 173             charpos--;          /* redo now adjusted char */
 174         /* no adjustment needed, all fine */
 175         } else {
 176             /* advance pointers */
 177             best_cb += 32;
 178             charset += 8;
 179
 180             /* remember colorram value */
 181             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
 182         }
 183     }
 184 }
 185
 186 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
 187 {
 188     A64Context *c = avctx->priv_data;
 189     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
 190     av_free(c->mc_meta_charset);
 191     av_free(c->mc_best_cb);
 192     av_free(c->mc_charset);
 193     av_free(c->mc_charmap);
 194     av_free(c->mc_colram);
 195     return 0;
 196 }
 197
 198 static av_cold int a64multi_init_encoder(AVCodecContext *avctx)
 199 {
 200     A64Context *c = avctx->priv_data;
 201     int a;
 202     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
 203
 204     if (avctx->global_quality < 1) {
 205         c->mc_lifetime = 4;
 206     } else {
 207         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
 208     }
 209
 210     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
 211
 212     c->mc_frame_counter = 0;
 213     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
 214     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
 215
 216     /* precalc luma values for later use */
 217     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
 218         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
 219                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
 220                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
 221     }
 222
 223     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 224        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
 225        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 226        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
 227        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
 228         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
 229         return AVERROR(ENOMEM);
 230     }
 231
 232     /* set up extradata */
 233     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
 234         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
 235         return AVERROR(ENOMEM);
 236     }
 237     avctx->extradata_size = 8 * 4;
 238     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
 239     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
 240
 241     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
 242     if (!avctx->coded_frame) {
 243         a64multi_close_encoder(avctx);
 244         return AVERROR(ENOMEM);
 245     }
 246
 247     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 248     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 249     if (!avctx->codec_tag)
 250          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
 251
 252     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 253
 254     return 0;
 255 }
 256
 257 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
 258 {
 259     int a;
 260     uint8_t temp;
 261     /* only needs to be done in 5col mode */
 262     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
 263     for (a = 0; a < 256; a++) {
 264         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
 265         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
 266         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
 267         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
 268         buf[a] = temp << 2;
 269     }
 270 }
 271
 272 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 273                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
 274 {
 275     A64Context *c = avctx->priv_data;
 276     AVFrame *const p = avctx->coded_frame;
 277
 278     int frame;
 279     int x, y;
 280     int b_height;
 281     int b_width;
 282
 283     int req_size, ret;
 284     uint8_t *buf = NULL;
 285
 286     int *charmap     = c->mc_charmap;
 287     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
 288     uint8_t *charset = c->mc_charset;
 289     int *meta        = c->mc_meta_charset;
 290     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
 291
 292     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
 293     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
 294     int screen_size;
 295
 296     if(CROP_SCREENS) {
 297         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
 298         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
 299         screen_size = b_width * b_height;
 300     } else {
 301         b_height = C64YRES >> 3;
 302         b_width  = C64XRES >> 3;
 303         screen_size = 0x400;
 304     }
 305
 306     /* no data, means end encoding asap */
 307     if (!pict) {
 308         /* all done, end encoding */
 309         if (!c->mc_lifetime) return 0;
 310         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
 311         if (!c->mc_frame_counter) {
 312             c->mc_lifetime = 0;
 313         }
 314         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
 315         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
 316     /* still new data available */
 317     } else {
 318         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
 319         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
 320             *p = *pict;
 321             p->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 322             p->key_frame = 1;
 323             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
 324             c->mc_frame_counter++;
 325             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 326                 c->next_pts = pict->pts;
 327             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
 328             return 0;
 329         }
 330     }
 331
 332     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
 333     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
 334         req_size = 0;
 335         /* any frames to encode? */
 336         if (c->mc_lifetime) {
 337             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
 338             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, req_size)) < 0)
 339                 return ret;
 340             buf = pkt->data;
 341
 342             /* calc optimal new charset + charmaps */
 343             avpriv_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 344             avpriv_do_elbg  (meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb, CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 345
 346             /* create colorram map and a c64 readable charset */
 347             render_charset(avctx, charset, colram);
 348
 349             /* copy charset to buf */
 350             memcpy(buf, charset, charset_size);
 351
 352             /* advance pointers */
 353             buf      += charset_size;
 354             charset  += charset_size;
 355         }
 356
 357         /* write x frames to buf */
 358         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
 359             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
 360             for (y = 0; y < b_height; y++) {
 361                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
 362                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
 363                 }
 364             }
 365             /* advance pointers */
 366             buf += screen_size;
 367             req_size += screen_size;
 368
 369             /* compress and copy colram to buf */
 370             if (c->mc_use_5col) {
 371                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
 372                 /* advance pointers */
 373                 buf += colram_size;
 374                 req_size += colram_size;
 375             }
 376
 377             /* advance to next charmap */
 378             charmap += 1000;
 379         }
 380
 381         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
 382         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
 383         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
 384
 385         /* reset counter */
 386         c->mc_frame_counter = 0;
 387
 388         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
 389         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
 390
 391         pkt->size   = req_size;
 392         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 393         *got_packet = !!req_size;
 394     }
 395     return 0;
 396 }
 397
 398 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
 399 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
 400     .name           = "a64multi",
 401     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
 402     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 403     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
 404     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 405     .init           = a64multi_init_encoder,
 406     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 407     .close          = a64multi_close_encoder,
 408     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 409     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 410 };
 411 #endif
 412 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
 413 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
 414     .name           = "a64multi5",
 415     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
 416     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 417     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
 418     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 419     .init           = a64multi_init_encoder,
 420     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 421     .close          = a64multi_close_encoder,
 422     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 423     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 424 };
 425 #endif