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/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 /* gray gradient */
  41 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
  42
  43 /* other possible gradients - to be tested */
  44 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
  45 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
  46
  47 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx,
  48                               const AVFrame *p, int *dest)
  49 {
  50     int blockx, blocky, x, y;
  51     int luma = 0;
  52     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
  53     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
  54     uint8_t *src = p->data[0];
  55
  56     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
  57         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
  58             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
  59                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
  60                     if(x < width && y < height) {
  61                         /* build average over 2 pixels */
  62                         luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
  63                                 src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
  64                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
  65                         dest[0] = luma;
  66                     }
  67                     dest++;
  68                 }
  69             }
  70         }
  71     }
  72 }
  73
  74 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
  75                            uint8_t *colrammap)
  76 {
  77     A64Context *c = avctx->priv_data;
  78     uint8_t row1, row2;
  79     int charpos, x, y;
  80     int a, b;
  81     uint8_t pix;
  82     int lowdiff, highdiff;
  83     int *best_cb = c->mc_best_cb;
  84     static uint8_t index1[256];
  85     static uint8_t index2[256];
  86     static uint8_t dither[256];
  87     int i;
  88     int distance;
  89
  90     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
  91     i = 0;
  92     for (a=0; a < 256; a++) {
  93         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
  94             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
  95             for(b = 0; b <= distance; b++) {
  96                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
  97             }
  98             i++;
  99         }
 100         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
 101         index1[a] = i;
 102         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
 103     }
 104
 105     /* and render charset */
 106     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
 107         lowdiff  = 0;
 108         highdiff = 0;
 109         for (y = 0; y < 8; y++) {
 110             row1 = 0; row2 = 0;
 111             for (x = 0; x < 4; x++) {
 112                 pix = best_cb[y * 4 + x];
 113
 114                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
 115                 if (index1[pix] >= 3)
 116                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
 117                 if (index1[pix] < 1)
 118                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
 119
 120                 row1 <<= 2;
 121
 122                 if (INTERLACED) {
 123                     row2 <<= 2;
 124                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
 125                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 126                     else
 127                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 128
 129                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
 130                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
 131                     else
 132                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
 133                 }
 134                 else {
 135                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
 136                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 137                     else
 138                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 139                 }
 140             }
 141             charset[y+0x000] = row1;
 142             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
 143         }
 144         /* do we need to adjust pixels? */
 145         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
 146             if (lowdiff > highdiff) {
 147                 for (x = 0; x < 32; x++)
 148                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
 149             } else {
 150                 for (x = 0; x < 32; x++)
 151                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
 152             }
 153             charpos--;          /* redo now adjusted char */
 154         /* no adjustment needed, all fine */
 155         } else {
 156             /* advance pointers */
 157             best_cb += 32;
 158             charset += 8;
 159
 160             /* remember colorram value */
 161             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
 162         }
 163     }
 164 }
 165
 166 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
 167 {
 168     A64Context *c = avctx->priv_data;
 169     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
 170     av_free(c->mc_meta_charset);
 171     av_free(c->mc_best_cb);
 172     av_free(c->mc_charset);
 173     av_free(c->mc_charmap);
 174     av_free(c->mc_colram);
 175     return 0;
 176 }
 177
 178 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 179 {
 180     A64Context *c = avctx->priv_data;
 181     int a;
 182     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
 183
 184     if (avctx->global_quality < 1) {
 185         c->mc_lifetime = 4;
 186     } else {
 187         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
 188     }
 189
 190     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
 191
 192     c->mc_frame_counter = 0;
 193     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
 194     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
 195
 196     /* precalc luma values for later use */
 197     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
 198         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
 199                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
 200                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
 201     }
 202
 203     if (!(c->mc_meta_charset = av_malloc(32000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 204        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
 205        !(c->mc_charmap       = av_mallocz(1000 * c->mc_lifetime * sizeof(int))) ||
 206        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
 207        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
 208         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
 209         return AVERROR(ENOMEM);
 210     }
 211
 212     /* set up extradata */
 213     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
 214         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
 215         return AVERROR(ENOMEM);
 216     }
 217     avctx->extradata_size = 8 * 4;
 218     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
 219     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
 220
 221     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
 222     if (!avctx->coded_frame) {
 223         a64multi_close_encoder(avctx);
 224         return AVERROR(ENOMEM);
 225     }
 226
 227     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 228     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 229     if (!avctx->codec_tag)
 230          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
 231
 232     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 233
 234     return 0;
 235 }
 236
 237 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
 238 {
 239     int a;
 240     uint8_t temp;
 241     /* only needs to be done in 5col mode */
 242     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
 243     for (a = 0; a < 256; a++) {
 244         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
 245         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
 246         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
 247         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
 248         buf[a] = temp << 2;
 249     }
 250 }
 251
 252 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 253                                  const AVFrame *pict, int *got_packet)
 254 {
 255     A64Context *c = avctx->priv_data;
 256
 257     int frame;
 258     int x, y;
 259     int b_height;
 260     int b_width;
 261
 262     int req_size, ret;
 263     uint8_t *buf;
 264
 265     int *charmap     = c->mc_charmap;
 266     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
 267     uint8_t *charset = c->mc_charset;
 268     int *meta        = c->mc_meta_charset;
 269     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
 270
 271     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
 272     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
 273     int screen_size;
 274
 275     if(CROP_SCREENS) {
 276         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
 277         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
 278         screen_size = b_width * b_height;
 279     } else {
 280         b_height = C64YRES >> 3;
 281         b_width  = C64XRES >> 3;
 282         screen_size = 0x400;
 283     }
 284
 285     /* no data, means end encoding asap */
 286     if (!pict) {
 287         /* all done, end encoding */
 288         if (!c->mc_lifetime) return 0;
 289         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
 290         if (!c->mc_frame_counter) {
 291             c->mc_lifetime = 0;
 292         }
 293         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
 294         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
 295     /* still new data available */
 296     } else {
 297         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
 298         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
 299             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 300             avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 301             to_meta_with_crop(avctx, pict, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
 302             c->mc_frame_counter++;
 303             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 304                 c->next_pts = pict->pts;
 305             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
 306             return 0;
 307         }
 308     }
 309
 310     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
 311     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
 312         req_size = 0;
 313         /* any frames to encode? */
 314         if (c->mc_lifetime) {
 315             req_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
 316             if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, req_size)) < 0) {
 317                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet of size %d.\n", req_size);
 318                 return ret;
 319             }
 320             buf = pkt->data;
 321
 322             /* calc optimal new charset + charmaps */
 323             ret = ff_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
 324                                CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 325             if (ret < 0)
 326                 return ret;
 327             ret = ff_do_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
 328                              CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 329             if (ret < 0)
 330                 return ret;
 331
 332             /* create colorram map and a c64 readable charset */
 333             render_charset(avctx, charset, colram);
 334
 335             /* copy charset to buf */
 336             memcpy(buf, charset, charset_size);
 337
 338             /* advance pointers */
 339             buf      += charset_size;
 340             charset  += charset_size;
 341         }
 342
 343         /* write x frames to buf */
 344         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
 345             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
 346             for (y = 0; y < b_height; y++) {
 347                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
 348                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
 349                 }
 350             }
 351             /* advance pointers */
 352             buf += screen_size;
 353             req_size += screen_size;
 354
 355             /* compress and copy colram to buf */
 356             if (c->mc_use_5col) {
 357                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
 358                 /* advance pointers */
 359                 buf += colram_size;
 360                 req_size += colram_size;
 361             }
 362
 363             /* advance to next charmap */
 364             charmap += 1000;
 365         }
 366
 367         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
 368         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
 369         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
 370
 371         /* reset counter */
 372         c->mc_frame_counter = 0;
 373
 374         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
 375         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
 376
 377         pkt->size   = req_size;
 378         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 379         *got_packet = !!req_size;
 380     }
 381     return 0;
 382 }
 383
 384 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
 385     .name           = "a64multi",
 386     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
 387     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 388     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
 389     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 390     .init           = a64multi_encode_init,
 391     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 392     .close          = a64multi_close_encoder,
 393     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 394     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 395 };
 396
 397 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
 398     .name           = "a64multi5",
 399     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
 400     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 401     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
 402     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 403     .init           = a64multi_encode_init,
 404     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 405     .close          = a64multi_close_encoder,
 406     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 407     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 408 };