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 int 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     if (!tempData->cel_evals)
 253         return AVERROR(ENOMEM);
 254
 255     /* Map to the ROQ quadtree order */
 256     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
 257         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
 258             for(i=0; i<4; i++) {
 259                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
 260                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
 261             }
 262
 263     return 0;
 264 }
 265
 266 /**
 267  * Get macroblocks from parts of the image
 268  */
 269 static void get_frame_mb(const AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
 270 {
 271     int i, j, cp;
 272
 273     for (cp=0; cp<3; cp++) {
 274         int stride = frame->linesize[cp];
 275         for (i=0; i<dim; i++)
 276             for (j=0; j<dim; j++)
 277                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
 278     }
 279 }
 280
 281 /**
 282  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
 283  */
 284 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
 285                     int *outIndex, int dim)
 286 {
 287     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
 288
 289     /* Diff against the others */
 290     for (i=0; i<numCB; i++) {
 291         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
 292         if (diff < lDiff) {
 293             lDiff = diff;
 294             pick = i;
 295         }
 296     }
 297
 298     *outIndex = pick;
 299     return lDiff;
 300 }
 301
 302 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
 303     do { \
 304         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
 305             \
 306         if (diff < lowestdiff) { \
 307             lowestdiff = diff; \
 308             bestpick = MOTION; \
 309         } \
 310     } while(0)
 311
 312 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
 313 {
 314     static const motion_vect offsets[8] = {
 315         {{ 0,-1}},
 316         {{ 0, 1}},
 317         {{-1, 0}},
 318         {{ 1, 0}},
 319         {{-1, 1}},
 320         {{ 1,-1}},
 321         {{-1,-1}},
 322         {{ 1, 1}},
 323     };
 324
 325     int diff, lowestdiff, oldbest;
 326     int off[3];
 327     motion_vect bestpick = {{0,0}};
 328     int i, j, k, offset;
 329
 330     motion_vect *last_motion;
 331     motion_vect *this_motion;
 332     motion_vect vect, vect2;
 333
 334     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
 335
 336     if (blocksize == 4) {
 337         last_motion = enc->last_motion4;
 338         this_motion = enc->this_motion4;
 339     } else {
 340         last_motion = enc->last_motion8;
 341         this_motion = enc->this_motion8;
 342     }
 343
 344     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
 345         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
 346             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
 347                                           blocksize);
 348             bestpick.d[0] = 0;
 349             bestpick.d[1] = 0;
 350
 351             if (blocksize == 4)
 352                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
 353
 354             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 355             if (offset < max && offset >= 0)
 356                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 357
 358             offset++;
 359             if (offset < max && offset >= 0)
 360                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 361
 362             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 363             if (offset < max && offset >= 0)
 364                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 365
 366             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
 367             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
 368             off[2]= off[1] + 1;
 369
 370             if (i) {
 371
 372                 for(k=0; k<2; k++)
 373                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
 374                                         this_motion[off[1]].d[k],
 375                                         this_motion[off[2]].d[k]);
 376
 377                 EVAL_MOTION(vect);
 378                 for(k=0; k<3; k++)
 379                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
 380             } else if(j)
 381                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
 382
 383             vect = bestpick;
 384
 385             oldbest = -1;
 386             while (oldbest != lowestdiff) {
 387                 oldbest = lowestdiff;
 388                 for (k=0; k<8; k++) {
 389                     vect2 = vect;
 390                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
 391                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
 392                     EVAL_MOTION(vect2);
 393                 }
 394                 vect = bestpick;
 395             }
 396             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 397             this_motion[offset] = bestpick;
 398         }
 399 }
 400
 401 /**
 402  * Get distortion for all options available to a subcel
 403  */
 404 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
 405                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 406 {
 407     uint8_t mb4[4*4*3];
 408     uint8_t mb2[2*2*3];
 409     int cluster_index;
 410     int i, best_dist;
 411
 412     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
 413
 414     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 415         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
 416
 417         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 418             eval_motion_dist(enc, x, y,
 419                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
 420     } else
 421         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 422
 423     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 424         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 425                                                   enc->current_frame->data, x,
 426                                                   y, x, y,
 427                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
 428                                                   enc->current_frame->linesize,
 429                                                   4);
 430     else
 431         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 432
 433     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
 434
 435     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
 436
 437     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
 438                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
 439                                              tempData->codebooks.numCB4,
 440                                              &subcel->cbEntry, 4);
 441
 442     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 443
 444     for(i=0;i<4;i++) {
 445         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
 446
 447         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
 448                      y+(i&2), mb2, 2);
 449
 450         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 451             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
 452     }
 453
 454     best_dist = INT_MAX;
 455     for (i=0; i<4; i++)
 456         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 457             best_dist) {
 458             subcel->best_coding = i;
 459             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
 460             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
 461                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 462         }
 463 }
 464
 465 /**
 466  * Get distortion for all options available to a cel
 467  */
 468 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
 469                                 RoqTempdata *tempData)
 470 {
 471     uint8_t mb8[8*8*3];
 472     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
 473     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
 474
 475     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
 476
 477     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 478         cel->motion = enc->this_motion8[index];
 479
 480         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 481             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
 482                              enc->this_motion8[index], 8);
 483     } else
 484         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 485
 486     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 487         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 488                                                enc->current_frame->data,
 489                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 490                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 491                                                enc->frame_to_enc->linesize,
 492                                                enc->current_frame->linesize,8);
 493     else
 494         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 495
 496     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
 497
 498     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
 499         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
 500                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
 501
 502     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 503     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 504     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 505     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 506
 507     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 508     divide_bit_use = 0;
 509     for (i=0; i<4; i++) {
 510         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 511             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
 512         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
 513     }
 514
 515     best_dist = INT_MAX;
 516     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
 517
 518     for (i=0; i<4; i++)
 519         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 520             best_dist) {
 521             cel->best_coding = i;
 522             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
 523                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 524         }
 525
 526     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
 527     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
 528
 529     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
 530         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
 531
 532     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
 533         for (i=0; i<4; i++) {
 534             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
 535                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
 536             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
 537                 for (j=0; j<4; j++)
 538                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
 539         }
 540 }
 541
 542 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 543 {
 544     int i, j, idx=0;
 545
 546     /* Make remaps for the final codebook usage */
 547     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
 548         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
 549             tempData->i2f4[i] = idx;
 550             tempData->f2i4[idx] = i;
 551             for (j=0; j<4; j++)
 552                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
 553             idx++;
 554         }
 555     }
 556
 557     tempData->numCB4 = idx;
 558
 559     idx = 0;
 560     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
 561         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
 562             tempData->i2f2[i] = idx;
 563             tempData->f2i2[idx] = i;
 564             idx++;
 565         }
 566     }
 567     tempData->numCB2 = idx;
 568
 569 }
 570
 571 /**
 572  * Write codebook chunk
 573  */
 574 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 575 {
 576     int i, j;
 577     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
 578
 579     if (tempData->numCB2) {
 580         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
 581         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
 582         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
 583         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
 584
 585         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
 586             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
 587             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
 588             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
 589         }
 590
 591         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
 592             for (j=0; j<4; j++)
 593                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
 594
 595     }
 596 }
 597
 598 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
 599 {
 600     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
 601     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
 602     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
 603 }
 604
 605 typedef struct
 606 {
 607     int typeSpool;
 608     int typeSpoolLength;
 609     uint8_t argumentSpool[64];
 610     uint8_t *args;
 611     uint8_t **pout;
 612 } CodingSpool;
 613
 614 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
 615 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
 616 {
 617     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
 618     s->typeSpoolLength += 2;
 619     if (s->typeSpoolLength == 16) {
 620         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
 621         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
 622                               s->args - s->argumentSpool);
 623         s->typeSpoolLength = 0;
 624         s->typeSpool = 0;
 625         s->args = s->argumentSpool;
 626     }
 627 }
 628
 629 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
 630 {
 631     int i, j, k;
 632     int x, y;
 633     int subX, subY;
 634     int dist=0;
 635
 636     roq_qcell *qcell;
 637     CelEvaluation *eval;
 638
 639     CodingSpool spool;
 640
 641     spool.typeSpool=0;
 642     spool.typeSpoolLength=0;
 643     spool.args = spool.argumentSpool;
 644     spool.pout = &enc->out_buf;
 645
 646     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
 647         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
 648
 649     /* Write the video chunk header */
 650     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
 651     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
 652     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 653     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 654
 655     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
 656         eval = tempData->cel_evals + i;
 657
 658         x = eval->sourceX;
 659         y = eval->sourceY;
 660         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
 661
 662         switch (eval->best_coding) {
 663         case RoQ_ID_MOT:
 664             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
 665             break;
 666
 667         case RoQ_ID_FCC:
 668             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
 669
 670             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
 671             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
 672                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
 673             break;
 674
 675         case RoQ_ID_SLD:
 676             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
 677             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
 678
 679             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
 680             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 681             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 682             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 683             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 684             break;
 685
 686         case RoQ_ID_CCC:
 687             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
 688
 689             for (j=0; j<4; j++) {
 690                 subX = x + 4*(j&1);
 691                 subY = y + 2*(j&2);
 692
 693                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
 694                 case RoQ_ID_MOT:
 695                     break;
 696
 697                 case RoQ_ID_FCC:
 698                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 699                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
 700
 701                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
 702                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
 703                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
 704                     break;
 705
 706                 case RoQ_ID_SLD:
 707                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 708                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
 709
 710                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
 711
 712                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
 713                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 714                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
 715                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 716                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
 717                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 718                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
 719                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 720                     break;
 721
 722                 case RoQ_ID_CCC:
 723                     for (k=0; k<4; k++) {
 724                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
 725                         bytestream_put_byte(&spool.args,
 726                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
 727
 728                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
 729                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
 730                     }
 731                     break;
 732                 }
 733                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
 734             }
 735             break;
 736         }
 737     }
 738
 739     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
 740     while (spool.typeSpoolLength)
 741         write_typecode(&spool, 0x0);
 742
 743 #if 0
 744     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
 745                            enc->frame_to_enc->data[1],
 746                            enc->frame_to_enc->data[2]};
 747     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
 748                            enc->current_frame->data[1],
 749                            enc->current_frame->data[2]};
 750     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
 751            dist,
 752            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
 753                      enc->frame_to_enc->linesize,
 754                      enc->current_frame->linesize,
 755                      enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
 756 #endif
 757 }
 758
 759
 760 /**
 761  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
 762  */
 763 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t * const *data,
 764                                        int top, int left, const int *stride)
 765 {
 766     int i, j, u=0, v=0;
 767
 768     for (i=0; i<2; i++)
 769         for (j=0; j<2; j++) {
 770             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
 771             *block++ = data[0][x];
 772             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
 773             u       += data[1][x];
 774             v       += data[2][x];
 775         }
 776
 777     *block++ = (u+2)/4;
 778     *block++ = (v+2)/4;
 779 }
 780
 781 /**
 782  * Create YUV clusters for the entire image
 783  */
 784 static void create_clusters(const AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
 785 {
 786     int i, j, k, l;
 787
 788     for (i=0; i<h; i+=4)
 789         for (j=0; j<w; j+=4) {
 790             for (k=0; k < 2; k++)
 791                 for (l=0; l < 2; l++)
 792                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
 793                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
 794             yuvClusters += 24;
 795         }
 796 }
 797
 798 static int generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
 799                              int *points, int inputCount, roq_cell *results,
 800                              int size, int cbsize)
 801 {
 802     int i, j, k, ret = 0;
 803     int c_size = size*size/4;
 804     int *buf;
 805     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
 806     int *closest_cb;
 807
 808     if (!codebook)
 809         return AVERROR(ENOMEM);
 810
 811     if (size == 4) {
 812         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
 813         if (!closest_cb) {
 814             ret = AVERROR(ENOMEM);
 815             goto out;
 816         }
 817     } else
 818         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
 819
 820     ret = ff_init_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
 821                        cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 822     if (ret < 0)
 823         goto out;
 824     ret = ff_do_elbg(points, 6 * c_size, inputCount, codebook,
 825                      cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 826     if (ret < 0)
 827         goto out;
 828
 829     buf = codebook;
 830     for (i=0; i<cbsize; i++)
 831         for (k=0; k<c_size; k++) {
 832             for(j=0; j<4; j++)
 833                 results->y[j] = *buf++;
 834
 835             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 836             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 837             results++;
 838         }
 839 out:
 840     if (size == 4)
 841         av_free(closest_cb);
 842     av_free(codebook);
 843     return ret;
 844 }
 845
 846 static int generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 847 {
 848     int i, j, ret = 0;
 849     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
 850     int max = enc->width*enc->height/16;
 851     uint8_t mb2[3*4];
 852     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
 853     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
 854     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
 855     int bias;
 856
 857     if (!results4 || !yuvClusters || !points) {
 858         ret = AVERROR(ENOMEM);
 859         goto out;
 860     }
 861
 862     /* Subsample YUV data */
 863     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
 864
 865     /* Cast to integer and apply chroma bias */
 866     for (i=0; i<max*24; i++) {
 867         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
 868         points[i] = bias*yuvClusters[i];
 869     }
 870
 871     /* Create 4x4 codebooks */
 872     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max,
 873                                  results4, 4, MAX_CBS_4x4)) < 0)
 874         goto out;
 875
 876     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
 877
 878     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
 879     if (!tempData->closest_cb2) {
 880         ret = AVERROR(ENOMEM);
 881         goto out;
 882     }
 883
 884     /* Create 2x2 codebooks */
 885     if ((ret = generate_codebook(enc, tempData, points, max * 4,
 886                                  enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2)) < 0)
 887         goto out;
 888
 889     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
 890
 891     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
 892     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
 893         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
 894
 895     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
 896     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
 897         for (j=0; j<4; j++) {
 898             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
 899             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
 900                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
 901         }
 902         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
 903                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
 904         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
 905                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
 906     }
 907 out:
 908     av_free(yuvClusters);
 909     av_free(points);
 910     av_free(results4);
 911     return ret;
 912 }
 913
 914 static int roq_encode_video(RoqContext *enc)
 915 {
 916     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
 917     int i, ret;
 918
 919     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
 920
 921     ret = create_cel_evals(enc, tempData);
 922     if (ret < 0)
 923         return ret;
 924
 925     ret = generate_new_codebooks(enc, tempData);
 926     if (ret < 0)
 927         return ret;
 928
 929     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 930         motion_search(enc, 8);
 931         motion_search(enc, 4);
 932     }
 933
 934  retry_encode:
 935     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
 936         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
 937
 938     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
 939     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535) {
 940         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
 941                "Warning, generated a frame too big (%d > 65535), "
 942                "try using a smaller qscale value.\n",
 943                tempData->mainChunkSize/8);
 944         enc->lambda *= 1.5;
 945         tempData->mainChunkSize = 0;
 946         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
 947         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
 948                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
 949         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
 950                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
 951
 952         goto retry_encode;
 953     }
 954
 955     remap_codebooks(enc, tempData);
 956
 957     write_codebooks(enc, tempData);
 958
 959     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
 960                                  enc->width*enc->height/64);
 961
 962     enc->avctx->coded_frame = enc->current_frame;
 963
 964     /* Rotate frame history */
 965     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
 966     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
 967     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
 968
 969     av_free(tempData->cel_evals);
 970     av_free(tempData->closest_cb2);
 971
 972     enc->framesSinceKeyframe++;
 973
 974     return 0;
 975 }
 976
 977 static av_cold int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 978 {
 979     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 980
 981     av_frame_free(&enc->current_frame);
 982     av_frame_free(&enc->last_frame);
 983
 984     av_free(enc->tmpData);
 985     av_free(enc->this_motion4);
 986     av_free(enc->last_motion4);
 987     av_free(enc->this_motion8);
 988     av_free(enc->last_motion8);
 989
 990     return 0;
 991 }
 992
 993 static av_cold int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 994 {
 995     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 996
 997     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
 998
 999     enc->framesSinceKeyframe = 0;
1000     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
1001         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
1002         return -1;
1003     }
1004
1005     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
1006         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
1007
1008     enc->width = avctx->width;
1009     enc->height = avctx->height;
1010
1011     enc->framesSinceKeyframe = 0;
1012     enc->first_frame = 1;
1013
1014     enc->last_frame    = av_frame_alloc();
1015     enc->current_frame = av_frame_alloc();
1016     if (!enc->last_frame || !enc->current_frame) {
1017         roq_encode_end(avctx);
1018         return AVERROR(ENOMEM);
1019     }
1020
1021     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
1022
1023     enc->this_motion4 =
1024         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
1025
1026     enc->last_motion4 =
1027         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
1028
1029     enc->this_motion8 =
1030         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
1031
1032     enc->last_motion8 =
1033         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
1034
1035     return 0;
1036 }
1037
1038 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
1039 {
1040     /* ROQ info chunk */
1041     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
1042
1043     /* Size: 8 bytes */
1044     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
1045
1046     /* Unused argument */
1047     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1048     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1049
1050     /* Width */
1051     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
1052
1053     /* Height */
1054     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
1055
1056     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
1057     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
1058     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1059     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1060     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1061 }
1062
1063 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1064                             const AVFrame *frame, int *got_packet)
1065 {
1066     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1067     int size, ret;
1068
1069     enc->avctx = avctx;
1070
1071     enc->frame_to_enc = frame;
1072
1073     if (frame->quality)
1074         enc->lambda = frame->quality - 1;
1075     else
1076         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1077
1078     /* 138 bits max per 8x8 block +
1079      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1080     size = ((enc->width * enc->height / 64) * 138 + 7) / 8 + 256 * (6 + 4) + 8;
1081     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, size)) < 0) {
1082         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet with size %d.\n", size);
1083         return ret;
1084     }
1085     enc->out_buf = pkt->data;
1086
1087     /* Check for I frame */
1088     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1089         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1090
1091     if (enc->first_frame) {
1092         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1093          for that) */
1094         if (ff_get_buffer(avctx, enc->current_frame, 0) ||
1095             ff_get_buffer(avctx, enc->last_frame, 0)) {
1096             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1097             return -1;
1098         }
1099
1100         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1101         roq_write_video_info_chunk(enc);
1102
1103         enc->first_frame = 0;
1104     }
1105
1106     /* Encode the actual frame */
1107     ret = roq_encode_video(enc);
1108     if (ret < 0)
1109         return ret;
1110
1111     pkt->size   = enc->out_buf - pkt->data;
1112     if (enc->framesSinceKeyframe == 1)
1113         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1114     *got_packet = 1;
1115
1116     return 0;
1117 }
1118
1119 AVCodec ff_roq_encoder = {
1120     .name                 = "roqvideo",
1121     .long_name            = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1122     .type                 = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1123     .id                   = AV_CODEC_ID_ROQ,
1124     .priv_data_size       = sizeof(RoqContext),
1125     .init                 = roq_encode_init,
1126     .encode2              = roq_encode_frame,
1127     .close                = roq_encode_end,
1128     .supported_framerates = (const AVRational[]){ {30,1}, {0,0} },
1129     .pix_fmts             = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV444P,
1130                                                         AV_PIX_FMT_NONE },
1131 };