]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/msmpeg4enc.c
avcodec/msmpeg4: Factor out common RLTable initialization code
[ffmpeg] / libavcodec / msmpeg4enc.c
1 /*
2  * MSMPEG4 encoder backend
3  * Copyright (c) 2001 Fabrice Bellard
4  * Copyright (c) 2002-2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
5  *
6  * msmpeg4v1 & v2 stuff by Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
7  *
8  * This file is part of FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 /**
26  * @file
27  * MSMPEG4 encoder backend
28  */
29
30 #include <stdint.h>
31 #include <string.h>
32
33 #include "libavutil/attributes.h"
34 #include "libavutil/avutil.h"
35 #include "mpegvideo.h"
36 #include "h263.h"
37 #include "internal.h"
38 #include "mpeg4video.h"
39 #include "msmpeg4.h"
40 #include "msmpeg4data.h"
41 #include "put_bits.h"
42 #include "rl.h"
43 #include "vc1data.h"
44
45 static uint8_t rl_length[NB_RL_TABLES][MAX_LEVEL+1][MAX_RUN+1][2];
46
47 /* build the table which associate a (x,y) motion vector to a vlc */
48 static av_cold void init_mv_table(MVTable *tab, uint16_t table_mv_index[4096])
49 {
50     int i, x, y;
51
52     tab->table_mv_index = table_mv_index;
53
54     /* mark all entries as not used */
55     for(i=0;i<4096;i++)
56         tab->table_mv_index[i] = MSMPEG4_MV_TABLES_NB_ELEMS;
57
58     for (i = 0; i < MSMPEG4_MV_TABLES_NB_ELEMS; i++) {
59         x = tab->table_mvx[i];
60         y = tab->table_mvy[i];
61         tab->table_mv_index[(x << 6) | y] = i;
62     }
63 }
64
65 void ff_msmpeg4_code012(PutBitContext *pb, int n)
66 {
67     if (n == 0) {
68         put_bits(pb, 1, 0);
69     } else {
70         put_bits(pb, 1, 1);
71         put_bits(pb, 1, (n >= 2));
72     }
73 }
74
75 static int get_size_of_code(MpegEncContext * s, RLTable *rl, int last, int run, int level, int intra){
76     int size=0;
77     int code;
78     int run_diff= intra ? 0 : 1;
79
80     code = get_rl_index(rl, last, run, level);
81     size+= rl->table_vlc[code][1];
82     if (code == rl->n) {
83         int level1, run1;
84
85         level1 = level - rl->max_level[last][run];
86         if (level1 < 1)
87             goto esc2;
88         code = get_rl_index(rl, last, run, level1);
89         if (code == rl->n) {
90             esc2:
91             size++;
92             if (level > MAX_LEVEL)
93                 goto esc3;
94             run1 = run - rl->max_run[last][level] - run_diff;
95             if (run1 < 0)
96                 goto esc3;
97             code = get_rl_index(rl, last, run1, level);
98             if (code == rl->n) {
99             esc3:
100                 /* third escape */
101                 size+=1+1+6+8;
102             } else {
103                 /* second escape */
104                 size+= 1+1+ rl->table_vlc[code][1];
105             }
106         } else {
107             /* first escape */
108             size+= 1+1+ rl->table_vlc[code][1];
109         }
110     } else {
111         size++;
112     }
113     return size;
114 }
115
116 av_cold void ff_msmpeg4_encode_init(MpegEncContext *s)
117 {
118     static int init_done=0;
119     int i;
120
121     ff_msmpeg4_common_init(s);
122     if(s->msmpeg4_version>=4){
123         s->min_qcoeff= -255;
124         s->max_qcoeff=  255;
125     }
126
127     if (!init_done) {
128         static uint16_t mv_index_tables[2][4096];
129         /* init various encoding tables */
130         init_done = 1;
131         init_mv_table(&ff_mv_tables[0], mv_index_tables[0]);
132         init_mv_table(&ff_mv_tables[1], mv_index_tables[1]);
133
134         for(i=0; i<NB_RL_TABLES; i++){
135             int level;
136             for (level = 1; level <= MAX_LEVEL; level++) {
137                 int run;
138                 for(run=0; run<=MAX_RUN; run++){
139                     int last;
140                     for(last=0; last<2; last++){
141                         rl_length[i][level][run][last]= get_size_of_code(s, &ff_rl_table[  i], last, run, level, 0);
142                     }
143                 }
144             }
145         }
146     }
147 }
148
149 static void find_best_tables(MpegEncContext * s)
150 {
151     int i;
152     int best        = 0, best_size        = INT_MAX;
153     int chroma_best = 0, best_chroma_size = INT_MAX;
154
155     for(i=0; i<3; i++){
156         int level;
157         int chroma_size=0;
158         int size=0;
159
160         if(i>0){// ;)
161             size++;
162             chroma_size++;
163         }
164         for(level=0; level<=MAX_LEVEL; level++){
165             int run;
166             for(run=0; run<=MAX_RUN; run++){
167                 int last;
168                 const int last_size= size + chroma_size;
169                 for(last=0; last<2; last++){
170                     int inter_count       = s->ac_stats[0][0][level][run][last] + s->ac_stats[0][1][level][run][last];
171                     int intra_luma_count  = s->ac_stats[1][0][level][run][last];
172                     int intra_chroma_count= s->ac_stats[1][1][level][run][last];
173
174                     if(s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_I){
175                         size       += intra_luma_count  *rl_length[i  ][level][run][last];
176                         chroma_size+= intra_chroma_count*rl_length[i+3][level][run][last];
177                     }else{
178                         size+=        intra_luma_count  *rl_length[i  ][level][run][last]
179                                      +intra_chroma_count*rl_length[i+3][level][run][last]
180                                      +inter_count       *rl_length[i+3][level][run][last];
181                     }
182                 }
183                 if(last_size == size+chroma_size) break;
184             }
185         }
186         if(size<best_size){
187             best_size= size;
188             best= i;
189         }
190         if(chroma_size<best_chroma_size){
191             best_chroma_size= chroma_size;
192             chroma_best= i;
193         }
194     }
195
196     if(s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_P) chroma_best= best;
197
198     memset(s->ac_stats, 0, sizeof(int)*(MAX_LEVEL+1)*(MAX_RUN+1)*2*2*2);
199
200     s->rl_table_index       =        best;
201     s->rl_chroma_table_index= chroma_best;
202
203     if(s->pict_type != s->last_non_b_pict_type){
204         s->rl_table_index= 2;
205         if(s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_I)
206             s->rl_chroma_table_index= 1;
207         else
208             s->rl_chroma_table_index= 2;
209     }
210
211 }
212
213 /* write MSMPEG4 compatible frame header */
214 void ff_msmpeg4_encode_picture_header(MpegEncContext * s, int picture_number)
215 {
216     find_best_tables(s);
217
218     align_put_bits(&s->pb);
219     put_bits(&s->pb, 2, s->pict_type - 1);
220
221     put_bits(&s->pb, 5, s->qscale);
222     if(s->msmpeg4_version<=2){
223         s->rl_table_index = 2;
224         s->rl_chroma_table_index = 2;
225     }
226
227     s->dc_table_index = 1;
228     s->mv_table_index = 1; /* only if P-frame */
229     s->use_skip_mb_code = 1; /* only if P-frame */
230     s->per_mb_rl_table = 0;
231     if(s->msmpeg4_version==4)
232         s->inter_intra_pred= (s->width*s->height < 320*240 && s->bit_rate<=II_BITRATE && s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_P);
233     ff_dlog(s, "%d %"PRId64" %d %d %d\n", s->pict_type, s->bit_rate,
234             s->inter_intra_pred, s->width, s->height);
235
236     if (s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
237         s->slice_height= s->mb_height/1;
238         put_bits(&s->pb, 5, 0x16 + s->mb_height/s->slice_height);
239
240         if(s->msmpeg4_version==4){
241             ff_msmpeg4_encode_ext_header(s);
242             if(s->bit_rate>MBAC_BITRATE)
243                 put_bits(&s->pb, 1, s->per_mb_rl_table);
244         }
245
246         if(s->msmpeg4_version>2){
247             if(!s->per_mb_rl_table){
248                 ff_msmpeg4_code012(&s->pb, s->rl_chroma_table_index);
249                 ff_msmpeg4_code012(&s->pb, s->rl_table_index);
250             }
251
252             put_bits(&s->pb, 1, s->dc_table_index);
253         }
254     } else {
255         put_bits(&s->pb, 1, s->use_skip_mb_code);
256
257         if(s->msmpeg4_version==4 && s->bit_rate>MBAC_BITRATE)
258             put_bits(&s->pb, 1, s->per_mb_rl_table);
259
260         if(s->msmpeg4_version>2){
261             if(!s->per_mb_rl_table)
262                 ff_msmpeg4_code012(&s->pb, s->rl_table_index);
263
264             put_bits(&s->pb, 1, s->dc_table_index);
265
266             put_bits(&s->pb, 1, s->mv_table_index);
267         }
268     }
269
270     s->esc3_level_length= 0;
271     s->esc3_run_length= 0;
272 }
273
274 void ff_msmpeg4_encode_ext_header(MpegEncContext * s)
275 {
276         unsigned fps = s->avctx->time_base.den / s->avctx->time_base.num / FFMAX(s->avctx->ticks_per_frame, 1);
277         put_bits(&s->pb, 5, FFMIN(fps, 31)); //yes 29.97 -> 29
278
279         put_bits(&s->pb, 11, FFMIN(s->bit_rate/1024, 2047));
280
281         if(s->msmpeg4_version>=3)
282             put_bits(&s->pb, 1, s->flipflop_rounding);
283         else
284             av_assert0(s->flipflop_rounding==0);
285 }
286
287 void ff_msmpeg4_encode_motion(MpegEncContext * s,
288                                   int mx, int my)
289 {
290     int code;
291     MVTable *mv;
292
293     /* modulo encoding */
294     /* WARNING : you cannot reach all the MVs even with the modulo
295        encoding. This is a somewhat strange compromise they took !!!  */
296     if (mx <= -64)
297         mx += 64;
298     else if (mx >= 64)
299         mx -= 64;
300     if (my <= -64)
301         my += 64;
302     else if (my >= 64)
303         my -= 64;
304
305     mx += 32;
306     my += 32;
307     mv = &ff_mv_tables[s->mv_table_index];
308
309     code = mv->table_mv_index[(mx << 6) | my];
310     put_bits(&s->pb,
311              mv->table_mv_bits[code],
312              mv->table_mv_code[code]);
313     if (code == MSMPEG4_MV_TABLES_NB_ELEMS) {
314         /* escape : code literally */
315         put_bits(&s->pb, 6, mx);
316         put_bits(&s->pb, 6, my);
317     }
318 }
319
320 void ff_msmpeg4_handle_slices(MpegEncContext *s){
321     if (s->mb_x == 0) {
322         if (s->slice_height && (s->mb_y % s->slice_height) == 0) {
323             if(s->msmpeg4_version < 4){
324                 ff_mpeg4_clean_buffers(s);
325             }
326             s->first_slice_line = 1;
327         } else {
328             s->first_slice_line = 0;
329         }
330     }
331 }
332
333 static void msmpeg4v2_encode_motion(MpegEncContext * s, int val)
334 {
335     int range, bit_size, sign, code, bits;
336
337     if (val == 0) {
338         /* zero vector */
339         code = 0;
340         put_bits(&s->pb, ff_mvtab[code][1], ff_mvtab[code][0]);
341     } else {
342         bit_size = s->f_code - 1;
343         range = 1 << bit_size;
344         if (val <= -64)
345             val += 64;
346         else if (val >= 64)
347             val -= 64;
348
349         if (val >= 0) {
350             sign = 0;
351         } else {
352             val = -val;
353             sign = 1;
354         }
355         val--;
356         code = (val >> bit_size) + 1;
357         bits = val & (range - 1);
358
359         put_bits(&s->pb, ff_mvtab[code][1] + 1, (ff_mvtab[code][0] << 1) | sign);
360         if (bit_size > 0) {
361             put_bits(&s->pb, bit_size, bits);
362         }
363     }
364 }
365
366 void ff_msmpeg4_encode_mb(MpegEncContext * s,
367                           int16_t block[6][64],
368                           int motion_x, int motion_y)
369 {
370     int cbp, coded_cbp, i;
371     int pred_x, pred_y;
372     uint8_t *coded_block;
373
374     ff_msmpeg4_handle_slices(s);
375
376     if (!s->mb_intra) {
377         /* compute cbp */
378         cbp = 0;
379         for (i = 0; i < 6; i++) {
380             if (s->block_last_index[i] >= 0)
381                 cbp |= 1 << (5 - i);
382         }
383         if (s->use_skip_mb_code && (cbp | motion_x | motion_y) == 0) {
384             /* skip macroblock */
385             put_bits(&s->pb, 1, 1);
386             s->last_bits++;
387             s->misc_bits++;
388             s->skip_count++;
389
390             return;
391         }
392         if (s->use_skip_mb_code)
393             put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* mb coded */
394
395         if(s->msmpeg4_version<=2){
396             put_bits(&s->pb,
397                      ff_v2_mb_type[cbp&3][1],
398                      ff_v2_mb_type[cbp&3][0]);
399             if((cbp&3) != 3) coded_cbp= cbp ^ 0x3C;
400             else             coded_cbp= cbp;
401
402             put_bits(&s->pb,
403                      ff_h263_cbpy_tab[coded_cbp>>2][1],
404                      ff_h263_cbpy_tab[coded_cbp>>2][0]);
405
406             s->misc_bits += get_bits_diff(s);
407
408             ff_h263_pred_motion(s, 0, 0, &pred_x, &pred_y);
409             msmpeg4v2_encode_motion(s, motion_x - pred_x);
410             msmpeg4v2_encode_motion(s, motion_y - pred_y);
411         }else{
412             put_bits(&s->pb,
413                      ff_table_mb_non_intra[cbp + 64][1],
414                      ff_table_mb_non_intra[cbp + 64][0]);
415
416             s->misc_bits += get_bits_diff(s);
417
418             /* motion vector */
419             ff_h263_pred_motion(s, 0, 0, &pred_x, &pred_y);
420             ff_msmpeg4_encode_motion(s, motion_x - pred_x,
421                                   motion_y - pred_y);
422         }
423
424         s->mv_bits += get_bits_diff(s);
425
426         for (i = 0; i < 6; i++) {
427             ff_msmpeg4_encode_block(s, block[i], i);
428         }
429         s->p_tex_bits += get_bits_diff(s);
430     } else {
431         /* compute cbp */
432         cbp = 0;
433         coded_cbp = 0;
434         for (i = 0; i < 6; i++) {
435             int val, pred;
436             val = (s->block_last_index[i] >= 1);
437             cbp |= val << (5 - i);
438             if (i < 4) {
439                 /* predict value for close blocks only for luma */
440                 pred = ff_msmpeg4_coded_block_pred(s, i, &coded_block);
441                 *coded_block = val;
442                 val = val ^ pred;
443             }
444             coded_cbp |= val << (5 - i);
445         }
446
447         if(s->msmpeg4_version<=2){
448             if (s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
449                 put_bits(&s->pb,
450                          ff_v2_intra_cbpc[cbp&3][1], ff_v2_intra_cbpc[cbp&3][0]);
451             } else {
452                 if (s->use_skip_mb_code)
453                     put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* mb coded */
454                 put_bits(&s->pb,
455                          ff_v2_mb_type[(cbp&3) + 4][1],
456                          ff_v2_mb_type[(cbp&3) + 4][0]);
457             }
458             put_bits(&s->pb, 1, 0);             /* no AC prediction yet */
459             put_bits(&s->pb,
460                      ff_h263_cbpy_tab[cbp>>2][1],
461                      ff_h263_cbpy_tab[cbp>>2][0]);
462         }else{
463             if (s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
464                 put_bits(&s->pb,
465                          ff_msmp4_mb_i_table[coded_cbp][1], ff_msmp4_mb_i_table[coded_cbp][0]);
466             } else {
467                 if (s->use_skip_mb_code)
468                     put_bits(&s->pb, 1, 0);     /* mb coded */
469                 put_bits(&s->pb,
470                          ff_table_mb_non_intra[cbp][1],
471                          ff_table_mb_non_intra[cbp][0]);
472             }
473             put_bits(&s->pb, 1, 0);             /* no AC prediction yet */
474             if(s->inter_intra_pred){
475                 s->h263_aic_dir=0;
476                 put_bits(&s->pb, ff_table_inter_intra[s->h263_aic_dir][1], ff_table_inter_intra[s->h263_aic_dir][0]);
477             }
478         }
479         s->misc_bits += get_bits_diff(s);
480
481         for (i = 0; i < 6; i++) {
482             ff_msmpeg4_encode_block(s, block[i], i);
483         }
484         s->i_tex_bits += get_bits_diff(s);
485         s->i_count++;
486     }
487 }
488
489 static void msmpeg4_encode_dc(MpegEncContext * s, int level, int n, int *dir_ptr)
490 {
491     int sign, code;
492     int pred;
493
494     int16_t *dc_val;
495     pred = ff_msmpeg4_pred_dc(s, n, &dc_val, dir_ptr);
496
497     /* update predictor */
498     if (n < 4) {
499         *dc_val = level * s->y_dc_scale;
500     } else {
501         *dc_val = level * s->c_dc_scale;
502     }
503
504     /* do the prediction */
505     level -= pred;
506
507     if(s->msmpeg4_version<=2){
508         if (n < 4) {
509             put_bits(&s->pb,
510                      ff_v2_dc_lum_table[level + 256][1],
511                      ff_v2_dc_lum_table[level + 256][0]);
512         }else{
513             put_bits(&s->pb,
514                      ff_v2_dc_chroma_table[level + 256][1],
515                      ff_v2_dc_chroma_table[level + 256][0]);
516         }
517     }else{
518         sign = 0;
519         if (level < 0) {
520             level = -level;
521             sign = 1;
522         }
523         code = level;
524         if (code > DC_MAX)
525             code = DC_MAX;
526
527         if (s->dc_table_index == 0) {
528             if (n < 4) {
529                 put_bits(&s->pb, ff_table0_dc_lum[code][1], ff_table0_dc_lum[code][0]);
530             } else {
531                 put_bits(&s->pb, ff_table0_dc_chroma[code][1], ff_table0_dc_chroma[code][0]);
532             }
533         } else {
534             if (n < 4) {
535                 put_bits(&s->pb, ff_table1_dc_lum[code][1], ff_table1_dc_lum[code][0]);
536             } else {
537                 put_bits(&s->pb, ff_table1_dc_chroma[code][1], ff_table1_dc_chroma[code][0]);
538             }
539         }
540
541         if (code == DC_MAX)
542             put_bits(&s->pb, 8, level);
543
544         if (level != 0) {
545             put_bits(&s->pb, 1, sign);
546         }
547     }
548 }
549
550 /* Encoding of a block; very similar to MPEG-4 except for a different
551  * escape coding (same as H.263) and more VLC tables. */
552 void ff_msmpeg4_encode_block(MpegEncContext * s, int16_t * block, int n)
553 {
554     int level, run, last, i, j, last_index;
555     int last_non_zero, sign, slevel;
556     int code, run_diff, dc_pred_dir;
557     const RLTable *rl;
558     const uint8_t *scantable;
559
560     if (s->mb_intra) {
561         msmpeg4_encode_dc(s, block[0], n, &dc_pred_dir);
562         i = 1;
563         if (n < 4) {
564             rl = &ff_rl_table[s->rl_table_index];
565         } else {
566             rl = &ff_rl_table[3 + s->rl_chroma_table_index];
567         }
568         run_diff = s->msmpeg4_version>=4;
569         scantable= s->intra_scantable.permutated;
570     } else {
571         i = 0;
572         rl = &ff_rl_table[3 + s->rl_table_index];
573         if(s->msmpeg4_version<=2)
574             run_diff = 0;
575         else
576             run_diff = 1;
577         scantable= s->inter_scantable.permutated;
578     }
579
580     /* recalculate block_last_index for M$ wmv1 */
581     if (s->msmpeg4_version >= 4 && s->block_last_index[n] > 0) {
582         for(last_index=63; last_index>=0; last_index--){
583             if(block[scantable[last_index]]) break;
584         }
585         s->block_last_index[n]= last_index;
586     }else
587         last_index = s->block_last_index[n];
588     /* AC coefs */
589     last_non_zero = i - 1;
590     for (; i <= last_index; i++) {
591         j = scantable[i];
592         level = block[j];
593         if (level) {
594             run = i - last_non_zero - 1;
595             last = (i == last_index);
596             sign = 0;
597             slevel = level;
598             if (level < 0) {
599                 sign = 1;
600                 level = -level;
601             }
602
603             if(level<=MAX_LEVEL && run<=MAX_RUN){
604                 s->ac_stats[s->mb_intra][n>3][level][run][last]++;
605             }
606
607             s->ac_stats[s->mb_intra][n > 3][40][63][0]++; //esc3 like
608
609             code = get_rl_index(rl, last, run, level);
610             put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
611             if (code == rl->n) {
612                 int level1, run1;
613
614                 level1 = level - rl->max_level[last][run];
615                 if (level1 < 1)
616                     goto esc2;
617                 code = get_rl_index(rl, last, run, level1);
618                 if (code == rl->n) {
619                 esc2:
620                     put_bits(&s->pb, 1, 0);
621                     if (level > MAX_LEVEL)
622                         goto esc3;
623                     run1 = run - rl->max_run[last][level] - run_diff;
624                     if (run1 < 0)
625                         goto esc3;
626                     code = get_rl_index(rl, last, run1+1, level);
627                     if (s->msmpeg4_version == 4 && code == rl->n)
628                         goto esc3;
629                     code = get_rl_index(rl, last, run1, level);
630                     if (code == rl->n) {
631                     esc3:
632                         /* third escape */
633                         put_bits(&s->pb, 1, 0);
634                         put_bits(&s->pb, 1, last);
635                         if(s->msmpeg4_version>=4){
636                             if(s->esc3_level_length==0){
637                                 s->esc3_level_length=8;
638                                 s->esc3_run_length= 6;
639                                 //ESCLVLSZ + ESCRUNSZ
640                                 if(s->qscale<8)
641                                     put_bits(&s->pb, 6, 3);
642                                 else
643                                     put_bits(&s->pb, 8, 3);
644                             }
645                             put_bits(&s->pb, s->esc3_run_length, run);
646                             put_bits(&s->pb, 1, sign);
647                             put_bits(&s->pb, s->esc3_level_length, level);
648                         }else{
649                             put_bits(&s->pb, 6, run);
650                             put_sbits(&s->pb, 8, slevel);
651                         }
652                     } else {
653                         /* second escape */
654                         put_bits(&s->pb, 1, 1);
655                         put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
656                         put_bits(&s->pb, 1, sign);
657                     }
658                 } else {
659                     /* first escape */
660                     put_bits(&s->pb, 1, 1);
661                     put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
662                     put_bits(&s->pb, 1, sign);
663                 }
664             } else {
665                 put_bits(&s->pb, 1, sign);
666             }
667             last_non_zero = i;
668         }
669     }
670 }