git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/roqvideoenc.c

   1 /*
   2  * RoQ Video Encoder.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2007 Vitor Sessak <vitor1001@gmail.com>
   5  * Copyright (C) 2004-2007 Eric Lasota
   6  *    Based on RoQ specs (C) 2001 Tim Ferguson
   7  *
   8  * This file is part of Libav.
   9  *
  10  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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  * id RoQ encoder by Vitor. Based on the Switchblade3 library and the
  28  * Switchblade3 Libav glue by Eric Lasota.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * COSTS:
  33  * Level 1:
  34  *  SKIP - 2 bits
  35  *  MOTION - 2 + 8 bits
  36  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
  37  *  SUBDIVIDE - 2 + combined subcel cost
  38  *
  39  * Level 2:
  40  *  SKIP - 2 bits
  41  *  MOTION - 2 + 8 bits
  42  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
  43  *  SUBDIVIDE - 2 + 4*8 bits
  44  *
  45  * Maximum cost: 138 bits per cel
  46  *
  47  * Proper evaluation requires LCD fraction comparison, which requires
  48  * Squared Error (SE) loss * savings increase
  49  *
  50  * Maximum savings increase: 136 bits
  51  * Maximum SE loss without overflow: 31580641
  52  * Components in 8x8 supercel: 192
  53  * Maximum SE precision per component: 164482
  54  *    >65025, so no truncation is needed (phew)
  55  */
  56
  57 #include <string.h>
  58
  59 #include "libavutil/attributes.h"
  60 #include "roqvideo.h"
  61 #include "bytestream.h"
  62 #include "elbg.h"
  63 #include "internal.h"
  64 #include "mathops.h"
  65
  66 #define CHROMA_BIAS 1
  67
  68 /**
  69  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
  70  * Quake 3 bug.
  71  */
  72 #define MAX_CBS_4x4 255
  73
  74 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
  75
  76 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
  77 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
  78
  79 /* Macroblock support functions */
  80 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
  81 {
  82     memcpy(u  , cell->y, 4);
  83     memset(u+4, cell->u, 4);
  84     memset(u+8, cell->v, 4);
  85 }
  86
  87 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
  88 {
  89     int i,cp;
  90     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
  91
  92     for (cp=0; cp<3; cp++)
  93         for (i=0; i<4; i++) {
  94             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
  95             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
  96             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
  97             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
  98         }
  99 }
 100
 101
 102 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
 103 {
 104     int x,y,cp;
 105
 106     for(cp=0; cp<3; cp++)
 107         for(y=0; y<8; y++)
 108             for(x=0; x<8; x++)
 109                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
 110 }
 111
 112 static inline int square(int x)
 113 {
 114     return x*x;
 115 }
 116
 117 static inline int eval_sse(const uint8_t *a, const uint8_t *b, int count)
 118 {
 119     int diff=0;
 120
 121     while(count--)
 122         diff += square(*b++ - *a++);
 123
 124     return diff;
 125 }
 126
 127 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
 128 // just for motion estimation).
 129 static int block_sse(uint8_t * const *buf1, uint8_t * const *buf2, int x1, int y1,
 130                      int x2, int y2, const int *stride1, const int *stride2, int size)
 131 {
 132     int i, k;
 133     int sse=0;
 134
 135     for (k=0; k<3; k++) {
 136         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
 137         for (i=0; i<size; i++)
 138             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
 139                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
 140     }
 141
 142     return sse;
 143 }
 144
 145 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
 146                              int size)
 147 {
 148     int mx=vect.d[0];
 149     int my=vect.d[1];
 150
 151     if (mx < -7 || mx > 7)
 152         return INT_MAX;
 153
 154     if (my < -7 || my > 7)
 155         return INT_MAX;
 156
 157     mx += x;
 158     my += y;
 159
 160     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
 161         return INT_MAX;
 162
 163     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
 164                      mx, my,
 165                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
 166                      size);
 167 }
 168
 169 /**
 170  * @return distortion between two macroblocks
 171  */
 172 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
 173 {
 174     int cp, sdiff=0;
 175
 176     for(cp=0;cp<3;cp++) {
 177         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
 178         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
 179         a += size*size;
 180         b += size*size;
 181     }
 182
 183     return sdiff;
 184 }
 185
 186 typedef struct SubcelEvaluation {
 187     int eval_dist[4];
 188     int best_bit_use;
 189     int best_coding;
 190
 191     int subCels[4];
 192     motion_vect motion;
 193     int cbEntry;
 194 } SubcelEvaluation;
 195
 196 typedef struct CelEvaluation {
 197     int eval_dist[4];
 198     int best_coding;
 199
 200     SubcelEvaluation subCels[4];
 201
 202     motion_vect motion;
 203     int cbEntry;
 204
 205     int sourceX, sourceY;
 206 } CelEvaluation;
 207
 208 typedef struct RoqCodebooks {
 209     int numCB4;
 210     int numCB2;
 211     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
 212     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
 213     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
 214     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
 215     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
 216 } RoqCodebooks;
 217
 218 /**
 219  * Temporary vars
 220  */
 221 typedef struct RoqTempData
 222 {
 223     CelEvaluation *cel_evals;
 224
 225     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
 226     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
 227     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
 228     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
 229
 230     int mainChunkSize;
 231
 232     int numCB4;
 233     int numCB2;
 234
 235     RoqCodebooks codebooks;
 236
 237     int *closest_cb2;
 238     int used_option[4];
 239 } RoqTempdata;
 240
 241 /**
 242  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
 243  */
 244 static int create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 245 {
 246     int n=0, x, y, i;
 247
 248     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(CelEvaluation));
 249     if (!tempData->cel_evals)
 250         return AVERROR(ENOMEM);
 251
 252     /* Map to the ROQ quadtree order */
 253     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
 254         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
 255             for(i=0; i<4; i++) {
 256                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
 257                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
 258             }
 259
 260     return 0;
 261 }
 262
 263 /**
 264  * Get macroblocks from parts of the image
 265  */
 266 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
 267 {
 268     int i, j, cp;
 269
 270     for (cp=0; cp<3; cp++) {
 271         int stride = frame->linesize[cp];
 272         for (i=0; i<dim; i++)
 273             for (j=0; j<dim; j++)
 274                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
 275     }
 276 }
 277
 278 /**
 279  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
 280  */
 281 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
 282                     int *outIndex, int dim)
 283 {
 284     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
 285
 286     /* Diff against the others */
 287     for (i=0; i<numCB; i++) {
 288         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
 289         if (diff < lDiff) {
 290             lDiff = diff;
 291             pick = i;
 292         }
 293     }
 294
 295     *outIndex = pick;
 296     return lDiff;
 297 }
 298
 299 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
 300     do { \
 301         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
 302             \
 303         if (diff < lowestdiff) { \
 304             lowestdiff = diff; \
 305             bestpick = MOTION; \
 306         } \
 307     } while(0)
 308
 309 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
 310 {
 311     static const motion_vect offsets[8] = {
 312         {{ 0,-1}},
 313         {{ 0, 1}},
 314         {{-1, 0}},
 315         {{ 1, 0}},
 316         {{-1, 1}},
 317         {{ 1,-1}},
 318         {{-1,-1}},
 319         {{ 1, 1}},
 320     };
 321
 322     int diff, lowestdiff, oldbest;
 323     int off[3];
 324     motion_vect bestpick = {{0,0}};
 325     int i, j, k, offset;
 326
 327     motion_vect *last_motion;
 328     motion_vect *this_motion;
 329     motion_vect vect, vect2;
 330
 331     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
 332
 333     if (blocksize == 4) {
 334         last_motion = enc->last_motion4;
 335         this_motion = enc->this_motion4;
 336     } else {
 337         last_motion = enc->last_motion8;
 338         this_motion = enc->this_motion8;
 339     }
 340
 341     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
 342         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
 343             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
 344                                           blocksize);
 345             bestpick.d[0] = 0;
 346             bestpick.d[1] = 0;
 347
 348             if (blocksize == 4)
 349                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
 350
 351             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 352             if (offset < max && offset >= 0)
 353                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 354
 355             offset++;
 356             if (offset < max && offset >= 0)
 357                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 358
 359             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 360             if (offset < max && offset >= 0)
 361                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 362
 363             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
 364             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
 365             off[2]= off[1] + 1;
 366
 367             if (i) {
 368
 369                 for(k=0; k<2; k++)
 370                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
 371                                         this_motion[off[1]].d[k],
 372                                         this_motion[off[2]].d[k]);
 373
 374                 EVAL_MOTION(vect);
 375                 for(k=0; k<3; k++)
 376                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
 377             } else if(j)
 378                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
 379
 380             vect = bestpick;
 381
 382             oldbest = -1;
 383             while (oldbest != lowestdiff) {
 384                 oldbest = lowestdiff;
 385                 for (k=0; k<8; k++) {
 386                     vect2 = vect;
 387                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
 388                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
 389                     EVAL_MOTION(vect2);
 390                 }
 391                 vect = bestpick;
 392             }
 393             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 394             this_motion[offset] = bestpick;
 395         }
 396 }
 397
 398 /**
 399  * Get distortion for all options available to a subcel
 400  */
 401 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
 402                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 403 {
 404     uint8_t mb4[4*4*3];
 405     uint8_t mb2[2*2*3];
 406     int cluster_index;
 407     int i, best_dist;
 408
 409     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
 410
 411     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 412         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
 413
 414         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 415             eval_motion_dist(enc, x, y,
 416                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
 417     } else
 418         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 419
 420     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 421         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 422                                                   enc->current_frame->data, x,
 423                                                   y, x, y,
 424                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
 425                                                   enc->current_frame->linesize,
 426                                                   4);
 427     else
 428         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 429
 430     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
 431
 432     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
 433
 434     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
 435                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
 436                                              tempData->codebooks.numCB4,
 437                                              &subcel->cbEntry, 4);
 438
 439     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 440
 441     for(i=0;i<4;i++) {
 442         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
 443
 444         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
 445                      y+(i&2), mb2, 2);
 446
 447         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 448             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
 449     }
 450
 451     best_dist = INT_MAX;
 452     for (i=0; i<4; i++)
 453         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 454             best_dist) {
 455             subcel->best_coding = i;
 456             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
 457             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
 458                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 459         }
 460 }
 461
 462 /**
 463  * Get distortion for all options available to a cel
 464  */
 465 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
 466                                 RoqTempdata *tempData)
 467 {
 468     uint8_t mb8[8*8*3];
 469     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
 470     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
 471
 472     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
 473
 474     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 475         cel->motion = enc->this_motion8[index];
 476
 477         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 478             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
 479                              enc->this_motion8[index], 8);
 480     } else
 481         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 482
 483     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 484         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 485                                                enc->current_frame->data,
 486                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 487                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 488                                                enc->frame_to_enc->linesize,
 489                                                enc->current_frame->linesize,8);
 490     else
 491         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 492
 493     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
 494
 495     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
 496         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
 497                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
 498
 499     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 500     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 501     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 502     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 503
 504     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 505     divide_bit_use = 0;
 506     for (i=0; i<4; i++) {
 507         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 508             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
 509         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
 510     }
 511
 512     best_dist = INT_MAX;
 513     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
 514
 515     for (i=0; i<4; i++)
 516         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 517             best_dist) {
 518             cel->best_coding = i;
 519             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
 520                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 521         }
 522
 523     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
 524     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
 525
 526     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
 527         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
 528
 529     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
 530         for (i=0; i<4; i++) {
 531             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
 532                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
 533             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
 534                 for (j=0; j<4; j++)
 535                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
 536         }
 537 }
 538
 539 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 540 {
 541     int i, j, idx=0;
 542
 543     /* Make remaps for the final codebook usage */
 544     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
 545         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
 546             tempData->i2f4[i] = idx;
 547             tempData->f2i4[idx] = i;
 548             for (j=0; j<4; j++)
 549                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
 550             idx++;
 551         }
 552     }
 553
 554     tempData->numCB4 = idx;
 555
 556     idx = 0;
 557     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
 558         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
 559             tempData->i2f2[i] = idx;
 560             tempData->f2i2[idx] = i;
 561             idx++;
 562         }
 563     }
 564     tempData->numCB2 = idx;
 565
 566 }
 567
 568 /**
 569  * Write codebook chunk
 570  */
 571 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 572 {
 573     int i, j;
 574     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
 575
 576     if (tempData->numCB2) {
 577         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
 578         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
 579         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
 580         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
 581
 582         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
 583             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
 584             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
 585             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
 586         }
 587
 588         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
 589             for (j=0; j<4; j++)
 590                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
 591
 592     }
 593 }
 594
 595 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
 596 {
 597     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
 598     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
 599     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
 600 }
 601
 602 typedef struct CodingSpool {
 603     int typeSpool;
 604     int typeSpoolLength;
 605     uint8_t argumentSpool[64];
 606     uint8_t *args;
 607     uint8_t **pout;
 608 } CodingSpool;
 609
 610 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
 611 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
 612 {
 613     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
 614     s->typeSpoolLength += 2;
 615     if (s->typeSpoolLength == 16) {
 616         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
 617         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
 618                               s->args - s->argumentSpool);
 619         s->typeSpoolLength = 0;
 620         s->typeSpool = 0;
 621         s->args = s->argumentSpool;
 622     }
 623 }
 624
 625 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
 626 {
 627     int i, j, k;
 628     int x, y;
 629     int subX, subY;
 630     int dist=0;
 631
 632     roq_qcell *qcell;
 633     CelEvaluation *eval;
 634
 635     CodingSpool spool;
 636
 637     spool.typeSpool=0;
 638     spool.typeSpoolLength=0;
 639     spool.args = spool.argumentSpool;
 640     spool.pout = &enc->out_buf;
 641
 642     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
 643         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
 644
 645     /* Write the video chunk header */
 646     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
 647     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
 648     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 649     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 650
 651     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
 652         eval = tempData->cel_evals + i;
 653
 654         x = eval->sourceX;
 655         y = eval->sourceY;
 656         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
 657
 658         switch (eval->best_coding) {
 659         case RoQ_ID_MOT:
 660             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
 661             break;
 662
 663         case RoQ_ID_FCC:
 664             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
 665
 666             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
 667             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
 668                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
 669             break;
 670
 671         case RoQ_ID_SLD:
 672             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
 673             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
 674
 675             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
 676             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 677             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 678             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 679             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 680             break;
 681
 682         case RoQ_ID_CCC:
 683             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
 684
 685             for (j=0; j<4; j++) {
 686                 subX = x + 4*(j&1);
 687                 subY = y + 2*(j&2);
 688
 689                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
 690                 case RoQ_ID_MOT:
 691                     break;
 692
 693                 case RoQ_ID_FCC:
 694                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 695                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
 696
 697                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
 698                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
 699                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
 700                     break;
 701
 702                 case RoQ_ID_SLD:
 703                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 704                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
 705
 706                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
 707
 708                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
 709                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 710                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
 711                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 712                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
 713                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 714                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
 715                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 716                     break;
 717
 718                 case RoQ_ID_CCC:
 719                     for (k=0; k<4; k++) {
 720                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
 721                         bytestream_put_byte(&spool.args,
 722                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
 723
 724                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
 725                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
 726                     }
 727                     break;
 728                 }
 729                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
 730             }
 731             break;
 732         }
 733     }
 734
 735     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
 736     while (spool.typeSpoolLength)
 737         write_typecode(&spool, 0x0);
 738
 739 #if 0
 740     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
 741                            enc->frame_to_enc->data[1],
 742                            enc->frame_to_enc->data[2]};
 743     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
 744                            enc->current_frame->data[1],
 745                            enc->current_frame->data[2]};
 746     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
 747            dist,
 748            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
 749                      enc->frame_to_enc->linesize,
 750                      enc->current_frame->linesize,
 751                      enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
 752 #endif
 753 }
 754
 755
 756 /**
 757  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
 758  */
 759 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t * const *data,
 760                                        int top, int left, const int *stride)
 761 {
 762     int i, j, u=0, v=0;
 763
 764     for (i=0; i<2; i++)
 765         for (j=0; j<2; j++) {
 766             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
 767             *block++ = data[0][x];
 768             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
 769             u       += data[1][x];
 770             v       += data[2][x];
 771         }
 772
 773     *block++ = (u+2)/4;
 774     *block++ = (v+2)/4;
 775 }
 776
 777 /**
 778  * Create YUV clusters for the entire image
 779  */
 780 static void create_clusters(const AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
 781 {
 782     int i, j, k, l;
 783
 784     for (i=0; i<h; i+=4)
 785         for (j=0; j<w; j+=4) {
 786             for (k=0; k < 2; k++)
 787                 for (l=0; l < 2; l++)
 788                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
 789                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
 790             yuvClusters += 24;
 791         }
 792 }
 793
 794 static int generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
 795                              int *points, int inputCount, roq_cell *results,
 796                              int size, int cbsize)
 797 {
 798     int i, j, k, ret = 0;
 799     int c_size = size*size/4;
 800     int *buf;
 801     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
 802     int *closest_cb;
 803
 804     if (!codebook)
 805         return AVERROR(ENOMEM);
 806
 807     if (size == 4) {
 808         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
 809         if (!closest_cb) {
 810             ret = AVERROR(ENOMEM);
 811             goto out;
 812         }
 813     } else
 814         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
 815
 816     ret = ff_init_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
 817                        cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 818     if (ret < 0)
 819         goto out;
 820     ret = ff_do_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
 821                      cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 822     if (ret < 0)
 823         goto out;
 824
 825     buf = codebook;
 826     for (i=0; i<cbsize; i++)
 827         for (k=0; k<c_size; k++) {
 828             for(j=0; j<4; j++)
 829                 results->y[j] = *buf++;
 830
 831             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 832             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 833             results++;
 834         }
 835 out:
 836     if (size == 4)
 837         av_free(closest_cb);
 838     av_free(codebook);
 839     return ret;
 840 }
 841
 842 static int generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 843 {
 844     int i, j, ret = 0;
 845     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
 846     int max = enc->width*enc->height/16;
 847     uint8_t mb2[3*4];
 848     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
 849     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
 850     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
 851     int bias;
 852
 853     if (!results4 || !yuvClusters || !points) {
 854         ret = AVERROR(ENOMEM);
 855         goto out;
 856     }
 857
 858     /* Subsample YUV data */
 859     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
 860
 861     /* Cast to integer and apply chroma bias */
 862     for (i=0; i<max*24; i++) {
 863         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
 864         points[i] = bias*yuvClusters[i];
 865     }
 866
 867     /* Create 4x4 codebooks */
 868     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max,
 869                                  results4, 4, MAX_CBS_4x4)) < 0)
 870         goto out;
 871
 872     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
 873
 874     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
 875     if (!tempData->closest_cb2) {
 876         ret = AVERROR(ENOMEM);
 877         goto out;
 878     }
 879
 880     /* Create 2x2 codebooks */
 881     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max * 4,
 882                                  enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2)) < 0)
 883         goto out;
 884
 885     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
 886
 887     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
 888     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
 889         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
 890
 891     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
 892     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
 893         for (j=0; j<4; j++) {
 894             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
 895             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
 896                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
 897         }
 898         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
 899                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
 900         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
 901                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
 902     }
 903 out:
 904     av_free(yuvClusters);
 905     av_free(points);
 906     av_free(results4);
 907     return ret;
 908 }
 909
 910 static int roq_encode_video(RoqContext *enc)
 911 {
 912     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
 913     int i, ret;
 914
 915     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
 916
 917     ret = create_cel_evals(enc, tempData);
 918     if (ret < 0)
 919         return ret;
 920
 921     ret = generate_new_codebooks(enc, tempData);
 922     if (ret < 0)
 923         return ret;
 924
 925     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 926         motion_search(enc, 8);
 927         motion_search(enc, 4);
 928     }
 929
 930  retry_encode:
 931     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
 932         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
 933
 934     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
 935     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535) {
 936         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
 937                "Warning, generated a frame too big (%d > 65535), "
 938                "try using a smaller qscale value.\n",
 939                tempData->mainChunkSize/8);
 940         enc->lambda *= 1.5;
 941         tempData->mainChunkSize = 0;
 942         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
 943         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
 944                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
 945         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
 946                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
 947
 948         goto retry_encode;
 949     }
 950
 951     remap_codebooks(enc, tempData);
 952
 953     write_codebooks(enc, tempData);
 954
 955     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
 956                                  enc->width*enc->height/64);
 957
 958     /* Rotate frame history */
 959     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
 960     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
 961     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
 962
 963     av_free(tempData->cel_evals);
 964     av_free(tempData->closest_cb2);
 965
 966     enc->framesSinceKeyframe++;
 967
 968     return 0;
 969 }
 970
 971 static av_cold int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 972 {
 973     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 974
 975     av_frame_free(&enc->current_frame);
 976     av_frame_free(&enc->last_frame);
 977
 978     av_free(enc->tmpData);
 979     av_free(enc->this_motion4);
 980     av_free(enc->last_motion4);
 981     av_free(enc->this_motion8);
 982     av_free(enc->last_motion8);
 983
 984     return 0;
 985 }
 986
 987 static av_cold int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 988 {
 989     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 990
 991     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
 992
 993     enc->avctx = avctx;
 994
 995     enc->framesSinceKeyframe = 0;
 996     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
 997         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
 998         return -1;
 999     }
1000
1001     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
1002         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
1003
1004     enc->width = avctx->width;
1005     enc->height = avctx->height;
1006
1007     enc->framesSinceKeyframe = 0;
1008     enc->first_frame = 1;
1009
1010     enc->last_frame    = av_frame_alloc();
1011     enc->current_frame = av_frame_alloc();
1012     if (!enc->last_frame || !enc->current_frame) {
1013         roq_encode_end(avctx);
1014         return AVERROR(ENOMEM);
1015     }
1016
1017     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
1018
1019     enc->this_motion4 =
1020         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
1021
1022     enc->last_motion4 =
1023         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
1024
1025     enc->this_motion8 =
1026         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
1027
1028     enc->last_motion8 =
1029         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
1030
1031     return 0;
1032 }
1033
1034 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
1035 {
1036     /* ROQ info chunk */
1037     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
1038
1039     /* Size: 8 bytes */
1040     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
1041
1042     /* Unused argument */
1043     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1044     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1045
1046     /* Width */
1047     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
1048
1049     /* Height */
1050     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
1051
1052     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
1053     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1054     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1055     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1056     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1057 }
1058
1059 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1060                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1061 {
1062     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1063     int size, ret;
1064
1065     enc->avctx = avctx;
1066
1067     enc->frame_to_enc = frame;
1068
1069     if (frame->quality)
1070         enc->lambda = frame->quality - 1;
1071     else
1072         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1073
1074     /* 138 bits max per 8x8 block +
1075      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1076     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1077     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, size)) < 0) {
1078         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet with size %d.\n", size);
1079         return ret;
1080     }
1081     enc->out_buf = pkt->data;
1082
1083     /* Check for I frame */
1084     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1085         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1086
1087     if (enc->first_frame) {
1088         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1089          for that) */
1090         if (ff_get_buffer(avctx, enc->current_frame, 0) ||
1091             ff_get_buffer(avctx, enc->last_frame, 0)) {
1092             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1093             return -1;
1094         }
1095
1096         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1097         roq_write_video_info_chunk(enc);
1098
1099         enc->first_frame = 0;
1100     }
1101
1102     /* Encode the actual frame */
1103     ret = roq_encode_video(enc);
1104     if (ret < 0)
1105         return ret;
1106
1107     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1108     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1109         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1110     *got_packet = 1;
1111
1112     return 0;
1113 }
1114
1115 AVCodec ff_roq_encoder = {
1116     .name                 = "roqvideo",
1117     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1118     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1119     .id                   = AV_CODEC_ID_ROQ,
1120     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1121     .init                 = roq_encode_init,
1122     .encode2              = roq_encode_frame,
1123     .close                = roq_encode_end,
1124     .supported_framerates = (const AVRational[]){ {30,1}, {0,0} },
1125     .pix_fmts             = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV444P,
1126                                                         AV_PIX_FMT_NONE },
1127 };