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
 187 {
 188     int eval_dist[4];
 189     int best_bit_use;
 190     int best_coding;
 191
 192     int subCels[4];
 193     motion_vect motion;
 194     int cbEntry;
 195 } SubcelEvaluation;
 196
 197 typedef struct
 198 {
 199     int eval_dist[4];
 200     int best_coding;
 201
 202     SubcelEvaluation subCels[4];
 203
 204     motion_vect motion;
 205     int cbEntry;
 206
 207     int sourceX, sourceY;
 208 } CelEvaluation;
 209
 210 typedef struct
 211 {
 212     int numCB4;
 213     int numCB2;
 214     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
 215     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
 216     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
 217     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
 218     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
 219 } RoqCodebooks;
 220
 221 /**
 222  * Temporary vars
 223  */
 224 typedef struct RoqTempData
 225 {
 226     CelEvaluation *cel_evals;
 227
 228     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
 229     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
 230     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
 231     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
 232
 233     int mainChunkSize;
 234
 235     int numCB4;
 236     int numCB2;
 237
 238     RoqCodebooks codebooks;
 239
 240     int *closest_cb2;
 241     int used_option[4];
 242 } RoqTempdata;
 243
 244 /**
 245  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
 246  */
 247 static void create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 248 {
 249     int n=0, x, y, i;
 250
 251     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(CelEvaluation));
 252
 253     /* Map to the ROQ quadtree order */
 254     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
 255         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
 256             for(i=0; i<4; i++) {
 257                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
 258                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
 259             }
 260 }
 261
 262 /**
 263  * Get macroblocks from parts of the image
 264  */
 265 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
 266 {
 267     int i, j, cp;
 268
 269     for (cp=0; cp<3; cp++) {
 270         int stride = frame->linesize[cp];
 271         for (i=0; i<dim; i++)
 272             for (j=0; j<dim; j++)
 273                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
 274     }
 275 }
 276
 277 /**
 278  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
 279  */
 280 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
 281                     int *outIndex, int dim)
 282 {
 283     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
 284
 285     /* Diff against the others */
 286     for (i=0; i<numCB; i++) {
 287         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
 288         if (diff < lDiff) {
 289             lDiff = diff;
 290             pick = i;
 291         }
 292     }
 293
 294     *outIndex = pick;
 295     return lDiff;
 296 }
 297
 298 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
 299     do { \
 300         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
 301             \
 302         if (diff < lowestdiff) { \
 303             lowestdiff = diff; \
 304             bestpick = MOTION; \
 305         } \
 306     } while(0)
 307
 308 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
 309 {
 310     static const motion_vect offsets[8] = {
 311         {{ 0,-1}},
 312         {{ 0, 1}},
 313         {{-1, 0}},
 314         {{ 1, 0}},
 315         {{-1, 1}},
 316         {{ 1,-1}},
 317         {{-1,-1}},
 318         {{ 1, 1}},
 319     };
 320
 321     int diff, lowestdiff, oldbest;
 322     int off[3];
 323     motion_vect bestpick = {{0,0}};
 324     int i, j, k, offset;
 325
 326     motion_vect *last_motion;
 327     motion_vect *this_motion;
 328     motion_vect vect, vect2;
 329
 330     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
 331
 332     if (blocksize == 4) {
 333         last_motion = enc->last_motion4;
 334         this_motion = enc->this_motion4;
 335     } else {
 336         last_motion = enc->last_motion8;
 337         this_motion = enc->this_motion8;
 338     }
 339
 340     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
 341         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
 342             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
 343                                           blocksize);
 344             bestpick.d[0] = 0;
 345             bestpick.d[1] = 0;
 346
 347             if (blocksize == 4)
 348                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
 349
 350             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 351             if (offset < max && offset >= 0)
 352                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 353
 354             offset++;
 355             if (offset < max && offset >= 0)
 356                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 357
 358             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 359             if (offset < max && offset >= 0)
 360                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 361
 362             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
 363             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
 364             off[2]= off[1] + 1;
 365
 366             if (i) {
 367
 368                 for(k=0; k<2; k++)
 369                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
 370                                         this_motion[off[1]].d[k],
 371                                         this_motion[off[2]].d[k]);
 372
 373                 EVAL_MOTION(vect);
 374                 for(k=0; k<3; k++)
 375                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
 376             } else if(j)
 377                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
 378
 379             vect = bestpick;
 380
 381             oldbest = -1;
 382             while (oldbest != lowestdiff) {
 383                 oldbest = lowestdiff;
 384                 for (k=0; k<8; k++) {
 385                     vect2 = vect;
 386                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
 387                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
 388                     EVAL_MOTION(vect2);
 389                 }
 390                 vect = bestpick;
 391             }
 392             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 393             this_motion[offset] = bestpick;
 394         }
 395 }
 396
 397 /**
 398  * Get distortion for all options available to a subcel
 399  */
 400 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
 401                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 402 {
 403     uint8_t mb4[4*4*3];
 404     uint8_t mb2[2*2*3];
 405     int cluster_index;
 406     int i, best_dist;
 407
 408     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
 409
 410     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 411         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
 412
 413         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 414             eval_motion_dist(enc, x, y,
 415                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
 416     } else
 417         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 418
 419     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 420         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 421                                                   enc->current_frame->data, x,
 422                                                   y, x, y,
 423                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
 424                                                   enc->current_frame->linesize,
 425                                                   4);
 426     else
 427         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 428
 429     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
 430
 431     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
 432
 433     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
 434                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
 435                                              tempData->codebooks.numCB4,
 436                                              &subcel->cbEntry, 4);
 437
 438     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 439
 440     for(i=0;i<4;i++) {
 441         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
 442
 443         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
 444                      y+(i&2), mb2, 2);
 445
 446         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 447             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
 448     }
 449
 450     best_dist = INT_MAX;
 451     for (i=0; i<4; i++)
 452         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 453             best_dist) {
 454             subcel->best_coding = i;
 455             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
 456             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
 457                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 458         }
 459 }
 460
 461 /**
 462  * Get distortion for all options available to a cel
 463  */
 464 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
 465                                 RoqTempdata *tempData)
 466 {
 467     uint8_t mb8[8*8*3];
 468     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
 469     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
 470
 471     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
 472
 473     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 474         cel->motion = enc->this_motion8[index];
 475
 476         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 477             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
 478                              enc->this_motion8[index], 8);
 479     } else
 480         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 481
 482     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 483         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 484                                                enc->current_frame->data,
 485                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 486                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 487                                                enc->frame_to_enc->linesize,
 488                                                enc->current_frame->linesize,8);
 489     else
 490         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 491
 492     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
 493
 494     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
 495         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
 496                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
 497
 498     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 499     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 500     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 501     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 502
 503     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 504     divide_bit_use = 0;
 505     for (i=0; i<4; i++) {
 506         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 507             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
 508         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
 509     }
 510
 511     best_dist = INT_MAX;
 512     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
 513
 514     for (i=0; i<4; i++)
 515         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 516             best_dist) {
 517             cel->best_coding = i;
 518             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
 519                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 520         }
 521
 522     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
 523     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
 524
 525     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
 526         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
 527
 528     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
 529         for (i=0; i<4; i++) {
 530             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
 531                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
 532             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
 533                 for (j=0; j<4; j++)
 534                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
 535         }
 536 }
 537
 538 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 539 {
 540     int i, j, idx=0;
 541
 542     /* Make remaps for the final codebook usage */
 543     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
 544         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
 545             tempData->i2f4[i] = idx;
 546             tempData->f2i4[idx] = i;
 547             for (j=0; j<4; j++)
 548                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
 549             idx++;
 550         }
 551     }
 552
 553     tempData->numCB4 = idx;
 554
 555     idx = 0;
 556     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
 557         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
 558             tempData->i2f2[i] = idx;
 559             tempData->f2i2[idx] = i;
 560             idx++;
 561         }
 562     }
 563     tempData->numCB2 = idx;
 564
 565 }
 566
 567 /**
 568  * Write codebook chunk
 569  */
 570 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 571 {
 572     int i, j;
 573     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
 574
 575     if (tempData->numCB2) {
 576         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
 577         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
 578         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
 579         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
 580
 581         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
 582             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
 583             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
 584             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
 585         }
 586
 587         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
 588             for (j=0; j<4; j++)
 589                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
 590
 591     }
 592 }
 593
 594 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
 595 {
 596     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
 597     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
 598     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
 599 }
 600
 601 typedef struct
 602 {
 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 void 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;
 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 (size == 4)
 805         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
 806     else
 807         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
 808
 809     ff_init_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 810     ff_do_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 811
 812     if (size == 4)
 813         av_free(closest_cb);
 814
 815     buf = codebook;
 816     for (i=0; i<cbsize; i++)
 817         for (k=0; k<c_size; k++) {
 818             for(j=0; j<4; j++)
 819                 results->y[j] = *buf++;
 820
 821             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 822             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 823             results++;
 824         }
 825
 826     av_free(codebook);
 827 }
 828
 829 static void generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 830 {
 831     int i,j;
 832     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
 833     int max = enc->width*enc->height/16;
 834     uint8_t mb2[3*4];
 835     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
 836     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
 837     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
 838     int bias;
 839
 840     /* Subsample YUV data */
 841     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
 842
 843     /* Cast to integer and apply chroma bias */
 844     for (i=0; i<max*24; i++) {
 845         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
 846         points[i] = bias*yuvClusters[i];
 847     }
 848
 849     /* Create 4x4 codebooks */
 850     generate_codebook(enc, tempData, points, max, results4, 4, MAX_CBS_4x4);
 851
 852     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
 853
 854     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
 855
 856     /* Create 2x2 codebooks */
 857     generate_codebook(enc, tempData, points, max*4, enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2);
 858
 859     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
 860
 861     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
 862     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
 863         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
 864
 865     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
 866     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
 867         for (j=0; j<4; j++) {
 868             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
 869             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
 870                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
 871         }
 872         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
 873                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
 874         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
 875                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
 876     }
 877
 878     av_free(yuvClusters);
 879     av_free(points);
 880     av_free(results4);
 881 }
 882
 883 static void roq_encode_video(RoqContext *enc)
 884 {
 885     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
 886     int i;
 887
 888     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
 889
 890     create_cel_evals(enc, tempData);
 891
 892     generate_new_codebooks(enc, tempData);
 893
 894     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 895         motion_search(enc, 8);
 896         motion_search(enc, 4);
 897     }
 898
 899  retry_encode:
 900     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
 901         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
 902
 903     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
 904     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535) {
 905         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
 906                "Warning, generated a frame too big (%d > 65535), "
 907                "try using a smaller qscale value.\n",
 908                tempData->mainChunkSize/8);
 909         enc->lambda *= 1.5;
 910         tempData->mainChunkSize = 0;
 911         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
 912         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
 913                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
 914         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
 915                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
 916
 917         goto retry_encode;
 918     }
 919
 920     remap_codebooks(enc, tempData);
 921
 922     write_codebooks(enc, tempData);
 923
 924     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
 925                                  enc->width*enc->height/64);
 926
 927     enc->avctx->coded_frame = enc->current_frame;
 928
 929     /* Rotate frame history */
 930     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
 931     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
 932     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
 933
 934     av_free(tempData->cel_evals);
 935     av_free(tempData->closest_cb2);
 936
 937     enc->framesSinceKeyframe++;
 938 }
 939
 940 static av_cold int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 941 {
 942     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 943
 944     av_frame_free(&enc->current_frame);
 945     av_frame_free(&enc->last_frame);
 946
 947     av_free(enc->tmpData);
 948     av_free(enc->this_motion4);
 949     av_free(enc->last_motion4);
 950     av_free(enc->this_motion8);
 951     av_free(enc->last_motion8);
 952
 953     return 0;
 954 }
 955
 956 static av_cold int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 957 {
 958     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 959
 960     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
 961
 962     enc->framesSinceKeyframe = 0;
 963     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
 964         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
 965         return -1;
 966     }
 967
 968     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
 969         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
 970
 971     enc->width = avctx->width;
 972     enc->height = avctx->height;
 973
 974     enc->framesSinceKeyframe = 0;
 975     enc->first_frame = 1;
 976
 977     enc->last_frame    = av_frame_alloc();
 978     enc->current_frame = av_frame_alloc();
 979     if (!enc->last_frame || !enc->current_frame) {
 980         roq_encode_end(avctx);
 981         return AVERROR(ENOMEM);
 982     }
 983
 984     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
 985
 986     enc->this_motion4 =
 987         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
 988
 989     enc->last_motion4 =
 990         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
 991
 992     enc->this_motion8 =
 993         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
 994
 995     enc->last_motion8 =
 996         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
 997
 998     return 0;
 999 }
1000
1001 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
1002 {
1003     /* ROQ info chunk */
1004     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
1005
1006     /* Size: 8 bytes */
1007     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
1008
1009     /* Unused argument */
1010     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1011     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1012
1013     /* Width */
1014     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
1015
1016     /* Height */
1017     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
1018
1019     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
1020     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1021     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1022     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1023     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1024 }
1025
1026 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1027                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1028 {
1029     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1030     int size, ret;
1031
1032     enc->avctx = avctx;
1033
1034     enc->frame_to_enc = frame;
1035
1036     if (frame->quality)
1037         enc->lambda = frame->quality - 1;
1038     else
1039         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1040
1041     /* 138 bits max per 8x8 block +
1042      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1043     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1044     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, size)) < 0) {
1045         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet with size %d.\n", size);
1046         return ret;
1047     }
1048     enc->out_buf = pkt->data;
1049
1050     /* Check for I frame */
1051     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1052         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1053
1054     if (enc->first_frame) {
1055         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1056          for that) */
1057         if (ff_get_buffer(avctx, enc->current_frame, 0) ||
1058             ff_get_buffer(avctx, enc->last_frame, 0)) {
1059             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1060             return -1;
1061         }
1062
1063         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1064         roq_write_video_info_chunk(enc);
1065
1066         enc->first_frame = 0;
1067     }
1068
1069     /* Encode the actual frame */
1070     roq_encode_video(enc);
1071
1072     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1073     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1074         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1075     *got_packet = 1;
1076
1077     return 0;
1078 }
1079
1080 AVCodec ff_roq_encoder = {
1081     .name                 = "roqvideo",
1082     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1083     .id                   = AV_CODEC_ID_ROQ,
1084     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1085     .init                 = roq_encode_init,
1086     .encode2              = roq_encode_frame,
1087     .close                = roq_encode_end,
1088     .supported_framerates = (const AVRational[]){ {30,1}, {0,0} },
1089     .pix_fmts             = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV444P,
1090                                                         AV_PIX_FMT_NONE },
1091     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1092 };