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

   1 /*
   2  * Ut Video encoder
   3  * Copyright (c) 2012 Jan Ekström
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 /**
  23  * @file
  24  * Ut Video encoder
  25  */
  26
  27 #include "libavutil/imgutils.h"
  28 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  29 #include "avcodec.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "bswapdsp.h"
  32 #include "bytestream.h"
  33 #include "put_bits.h"
  34 #include "huffyuvencdsp.h"
  35 #include "mathops.h"
  36 #include "utvideo.h"
  37 #include "huffman.h"
  38
  39 /* Compare huffentry symbols */
  40 static int huff_cmp_sym(const void *a, const void *b)
  41 {
  42     const HuffEntry *aa = a, *bb = b;
  43     return aa->sym - bb->sym;
  44 }
  45
  46 static av_cold int utvideo_encode_close(AVCodecContext *avctx)
  47 {
  48     UtvideoContext *c = avctx->priv_data;
  49     int i;
  50
  51     av_freep(&c->slice_bits);
  52     for (i = 0; i < 4; i++)
  53         av_freep(&c->slice_buffer[i]);
  54
  55     return 0;
  56 }
  57
  58 static av_cold int utvideo_encode_init(AVCodecContext *avctx)
  59 {
  60     UtvideoContext *c = avctx->priv_data;
  61     int i, subsampled_height;
  62     uint32_t original_format;
  63
  64     c->avctx           = avctx;
  65     c->frame_info_size = 4;
  66     c->slice_stride    = FFALIGN(avctx->width, 32);
  67
  68     switch (avctx->pix_fmt) {
  69     case AV_PIX_FMT_RGB24:
  70         c->planes        = 3;
  71         avctx->codec_tag = MKTAG('U', 'L', 'R', 'G');
  72         original_format  = UTVIDEO_RGB;
  73         break;
  74     case AV_PIX_FMT_RGBA:
  75         c->planes        = 4;
  76         avctx->codec_tag = MKTAG('U', 'L', 'R', 'A');
  77         original_format  = UTVIDEO_RGBA;
  78         break;
  79     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
  80         if (avctx->width & 1 || avctx->height & 1) {
  81             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
  82                    "4:2:0 video requires even width and height.\n");
  83             return AVERROR_INVALIDDATA;
  84         }
  85         c->planes        = 3;
  86         if (avctx->colorspace == AVCOL_SPC_BT709)
  87             avctx->codec_tag = MKTAG('U', 'L', 'H', '0');
  88         else
  89             avctx->codec_tag = MKTAG('U', 'L', 'Y', '0');
  90         original_format  = UTVIDEO_420;
  91         break;
  92     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
  93         if (avctx->width & 1) {
  94             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
  95                    "4:2:2 video requires even width.\n");
  96             return AVERROR_INVALIDDATA;
  97         }
  98         c->planes        = 3;
  99         if (avctx->colorspace == AVCOL_SPC_BT709)
 100             avctx->codec_tag = MKTAG('U', 'L', 'H', '2');
 101         else
 102             avctx->codec_tag = MKTAG('U', 'L', 'Y', '2');
 103         original_format  = UTVIDEO_422;
 104         break;
 105     default:
 106         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown pixel format: %d\n",
 107                avctx->pix_fmt);
 108         return AVERROR_INVALIDDATA;
 109     }
 110
 111     ff_bswapdsp_init(&c->bdsp);
 112     ff_huffyuvencdsp_init(&c->hdsp);
 113
 114     /* Check the prediction method, and error out if unsupported */
 115     if (avctx->prediction_method < 0 || avctx->prediction_method > 4) {
 116         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 117                "Prediction method %d is not supported in Ut Video.\n",
 118                avctx->prediction_method);
 119         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 120     }
 121
 122     if (avctx->prediction_method == FF_PRED_PLANE) {
 123         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 124                "Plane prediction is not supported in Ut Video.\n");
 125         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 126     }
 127
 128     /* Convert from libavcodec prediction type to Ut Video's */
 129     c->frame_pred = ff_ut_pred_order[avctx->prediction_method];
 130
 131     if (c->frame_pred == PRED_GRADIENT) {
 132         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Gradient prediction is not supported.\n");
 133         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 134     }
 135
 136     /*
 137      * Check the asked slice count for obviously invalid
 138      * values (> 256 or negative).
 139      */
 140     if (avctx->slices > 256 || avctx->slices < 0) {
 141         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 142                "Slice count %d is not supported in Ut Video (theoretical range is 0-256).\n",
 143                avctx->slices);
 144         return AVERROR(EINVAL);
 145     }
 146
 147     /* Check that the slice count is not larger than the subsampled height */
 148     subsampled_height = avctx->height >> av_pix_fmt_desc_get(avctx->pix_fmt)->log2_chroma_h;
 149     if (avctx->slices > subsampled_height) {
 150         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 151                "Slice count %d is larger than the subsampling-applied height %d.\n",
 152                avctx->slices, subsampled_height);
 153         return AVERROR(EINVAL);
 154     }
 155
 156     /* extradata size is 4 * 32bit */
 157     avctx->extradata_size = 16;
 158
 159     avctx->extradata = av_mallocz(avctx->extradata_size +
 160                                   FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 161
 162     if (!avctx->extradata) {
 163         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate extradata.\n");
 164         utvideo_encode_close(avctx);
 165         return AVERROR(ENOMEM);
 166     }
 167
 168     for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 169         c->slice_buffer[i] = av_malloc(c->slice_stride * (avctx->height + 2) +
 170                                        FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 171         if (!c->slice_buffer[i]) {
 172             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate temporary buffer 1.\n");
 173             utvideo_encode_close(avctx);
 174             return AVERROR(ENOMEM);
 175         }
 176     }
 177
 178     /*
 179      * Set the version of the encoder.
 180      * Last byte is "implementation ID", which is
 181      * obtained from the creator of the format.
 182      * Libavcodec has been assigned with the ID 0xF0.
 183      */
 184     AV_WB32(avctx->extradata, MKTAG(1, 0, 0, 0xF0));
 185
 186     /*
 187      * Set the "original format"
 188      * Not used for anything during decoding.
 189      */
 190     AV_WL32(avctx->extradata + 4, original_format);
 191
 192     /* Write 4 as the 'frame info size' */
 193     AV_WL32(avctx->extradata + 8, c->frame_info_size);
 194
 195     /*
 196      * Set how many slices are going to be used.
 197      * By default uses multiple slices depending on the subsampled height.
 198      * This enables multithreading in the official decoder.
 199      */
 200     if (!avctx->slices) {
 201         c->slices = subsampled_height / 120;
 202
 203         if (!c->slices)
 204             c->slices = 1;
 205         else if (c->slices > 256)
 206             c->slices = 256;
 207     } else {
 208         c->slices = avctx->slices;
 209     }
 210
 211     /* Set compression mode */
 212     c->compression = COMP_HUFF;
 213
 214     /*
 215      * Set the encoding flags:
 216      * - Slice count minus 1
 217      * - Interlaced encoding mode flag, set to zero for now.
 218      * - Compression mode (none/huff)
 219      * And write the flags.
 220      */
 221     c->flags  = (c->slices - 1) << 24;
 222     c->flags |= 0 << 11; // bit field to signal interlaced encoding mode
 223     c->flags |= c->compression;
 224
 225     AV_WL32(avctx->extradata + 12, c->flags);
 226
 227     return 0;
 228 }
 229
 230 static void mangle_rgb_planes(uint8_t *dst[4], int dst_stride, uint8_t *src,
 231                               int step, int stride, int width, int height)
 232 {
 233     int i, j;
 234     int k = 2 * dst_stride;
 235     unsigned int g;
 236
 237     for (j = 0; j < height; j++) {
 238         if (step == 3) {
 239             for (i = 0; i < width * step; i += step) {
 240                 g         = src[i + 1];
 241                 dst[0][k] = g;
 242                 g        += 0x80;
 243                 dst[1][k] = src[i + 2] - g;
 244                 dst[2][k] = src[i + 0] - g;
 245                 k++;
 246             }
 247         } else {
 248             for (i = 0; i < width * step; i += step) {
 249                 g         = src[i + 1];
 250                 dst[0][k] = g;
 251                 g        += 0x80;
 252                 dst[1][k] = src[i + 2] - g;
 253                 dst[2][k] = src[i + 0] - g;
 254                 dst[3][k] = src[i + 3];
 255                 k++;
 256             }
 257         }
 258         k += dst_stride - width;
 259         src += stride;
 260     }
 261 }
 262
 263 /* Write data to a plane with left prediction */
 264 static void left_predict(uint8_t *src, uint8_t *dst, int stride,
 265                          int width, int height)
 266 {
 267     int i, j;
 268     uint8_t prev;
 269
 270     prev = 0x80; /* Set the initial value */
 271     for (j = 0; j < height; j++) {
 272         for (i = 0; i < width; i++) {
 273             *dst++ = src[i] - prev;
 274             prev   = src[i];
 275         }
 276         src += stride;
 277     }
 278 }
 279
 280 /* Write data to a plane with median prediction */
 281 static void median_predict(UtvideoContext *c, uint8_t *src, uint8_t *dst, int stride,
 282                            int width, int height)
 283 {
 284     int i, j;
 285     int A, B;
 286     uint8_t prev;
 287
 288     /* First line uses left neighbour prediction */
 289     prev = 0x80; /* Set the initial value */
 290     for (i = 0; i < width; i++) {
 291         *dst++ = src[i] - prev;
 292         prev   = src[i];
 293     }
 294
 295     if (height == 1)
 296         return;
 297
 298     src += stride;
 299
 300     /*
 301      * Second line uses top prediction for the first sample,
 302      * and median for the rest.
 303      */
 304     A = B = 0;
 305
 306     /* Rest of the coded part uses median prediction */
 307     for (j = 1; j < height; j++) {
 308         c->hdsp.sub_hfyu_median_pred(dst, src - stride, src, width, &A, &B);
 309         dst += width;
 310         src += stride;
 311     }
 312 }
 313
 314 /* Count the usage of values in a plane */
 315 static void count_usage(uint8_t *src, int width,
 316                         int height, uint64_t *counts)
 317 {
 318     int i, j;
 319
 320     for (j = 0; j < height; j++) {
 321         for (i = 0; i < width; i++) {
 322             counts[src[i]]++;
 323         }
 324         src += width;
 325     }
 326 }
 327
 328 /* Calculate the actual huffman codes from the code lengths */
 329 static void calculate_codes(HuffEntry *he)
 330 {
 331     int last, i;
 332     uint32_t code;
 333
 334     qsort(he, 256, sizeof(*he), ff_ut_huff_cmp_len);
 335
 336     last = 255;
 337     while (he[last].len == 255 && last)
 338         last--;
 339
 340     code = 1;
 341     for (i = last; i >= 0; i--) {
 342         he[i].code  = code >> (32 - he[i].len);
 343         code       += 0x80000000u >> (he[i].len - 1);
 344     }
 345
 346     qsort(he, 256, sizeof(*he), huff_cmp_sym);
 347 }
 348
 349 /* Write huffman bit codes to a memory block */
 350 static int write_huff_codes(uint8_t *src, uint8_t *dst, int dst_size,
 351                             int width, int height, HuffEntry *he)
 352 {
 353     PutBitContext pb;
 354     int i, j;
 355     int count;
 356
 357     init_put_bits(&pb, dst, dst_size);
 358
 359     /* Write the codes */
 360     for (j = 0; j < height; j++) {
 361         for (i = 0; i < width; i++)
 362             put_bits(&pb, he[src[i]].len, he[src[i]].code);
 363
 364         src += width;
 365     }
 366
 367     /* Pad output to a 32bit boundary */
 368     count = put_bits_count(&pb) & 0x1F;
 369
 370     if (count)
 371         put_bits(&pb, 32 - count, 0);
 372
 373     /* Get the amount of bits written */
 374     count = put_bits_count(&pb);
 375
 376     /* Flush the rest with zeroes */
 377     flush_put_bits(&pb);
 378
 379     return count;
 380 }
 381
 382 static int encode_plane(AVCodecContext *avctx, uint8_t *src,
 383                         uint8_t *dst, int stride,
 384                         int width, int height, PutByteContext *pb)
 385 {
 386     UtvideoContext *c        = avctx->priv_data;
 387     uint8_t  lengths[256];
 388     uint64_t counts[256]     = { 0 };
 389
 390     HuffEntry he[256];
 391
 392     uint32_t offset = 0, slice_len = 0;
 393     int      i, sstart, send = 0;
 394     int      symbol;
 395
 396     /* Do prediction / make planes */
 397     switch (c->frame_pred) {
 398     case PRED_NONE:
 399         for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 400             sstart = send;
 401             send   = height * (i + 1) / c->slices;
 402             av_image_copy_plane(dst + sstart * width, width,
 403                                 src + sstart * stride, stride,
 404                                 width, send - sstart);
 405         }
 406         break;
 407     case PRED_LEFT:
 408         for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 409             sstart = send;
 410             send   = height * (i + 1) / c->slices;
 411             left_predict(src + sstart * stride, dst + sstart * width,
 412                          stride, width, send - sstart);
 413         }
 414         break;
 415     case PRED_MEDIAN:
 416         for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 417             sstart = send;
 418             send   = height * (i + 1) / c->slices;
 419             median_predict(c, src + sstart * stride, dst + sstart * width,
 420                            stride, width, send - sstart);
 421         }
 422         break;
 423     default:
 424         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown prediction mode: %d\n",
 425                c->frame_pred);
 426         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 427     }
 428
 429     /* Count the usage of values */
 430     count_usage(dst, width, height, counts);
 431
 432     /* Check for a special case where only one symbol was used */
 433     for (symbol = 0; symbol < 256; symbol++) {
 434         /* If non-zero count is found, see if it matches width * height */
 435         if (counts[symbol]) {
 436             /* Special case if only one symbol was used */
 437             if (counts[symbol] == width * height) {
 438                 /*
 439                  * Write a zero for the single symbol
 440                  * used in the plane, else 0xFF.
 441                  */
 442                 for (i = 0; i < 256; i++) {
 443                     if (i == symbol)
 444                         bytestream2_put_byte(pb, 0);
 445                     else
 446                         bytestream2_put_byte(pb, 0xFF);
 447                 }
 448
 449                 /* Write zeroes for lengths */
 450                 for (i = 0; i < c->slices; i++)
 451                     bytestream2_put_le32(pb, 0);
 452
 453                 /* And that's all for that plane folks */
 454                 return 0;
 455             }
 456             break;
 457         }
 458     }
 459
 460     /* Calculate huffman lengths */
 461     ff_huff_gen_len_table(lengths, counts);
 462
 463     /*
 464      * Write the plane's header into the output packet:
 465      * - huffman code lengths (256 bytes)
 466      * - slice end offsets (gotten from the slice lengths)
 467      */
 468     for (i = 0; i < 256; i++) {
 469         bytestream2_put_byte(pb, lengths[i]);
 470
 471         he[i].len = lengths[i];
 472         he[i].sym = i;
 473     }
 474
 475     /* Calculate the huffman codes themselves */
 476     calculate_codes(he);
 477
 478     send = 0;
 479     for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 480         sstart  = send;
 481         send    = height * (i + 1) / c->slices;
 482
 483         /*
 484          * Write the huffman codes to a buffer,
 485          * get the offset in bits and convert to bytes.
 486          */
 487         offset += write_huff_codes(dst + sstart * width, c->slice_bits,
 488                                    width * (send - sstart), width,
 489                                    send - sstart, he) >> 3;
 490
 491         slice_len = offset - slice_len;
 492
 493         /* Byteswap the written huffman codes */
 494         c->bdsp.bswap_buf((uint32_t *) c->slice_bits,
 495                           (uint32_t *) c->slice_bits,
 496                           slice_len >> 2);
 497
 498         /* Write the offset to the stream */
 499         bytestream2_put_le32(pb, offset);
 500
 501         /* Seek to the data part of the packet */
 502         bytestream2_seek_p(pb, 4 * (c->slices - i - 1) +
 503                            offset - slice_len, SEEK_CUR);
 504
 505         /* Write the slices' data into the output packet */
 506         bytestream2_put_buffer(pb, c->slice_bits, slice_len);
 507
 508         /* Seek back to the slice offsets */
 509         bytestream2_seek_p(pb, -4 * (c->slices - i - 1) - offset,
 510                            SEEK_CUR);
 511
 512         slice_len = offset;
 513     }
 514
 515     /* And at the end seek to the end of written slice(s) */
 516     bytestream2_seek_p(pb, offset, SEEK_CUR);
 517
 518     return 0;
 519 }
 520
 521 static int utvideo_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 522                                 const AVFrame *pic, int *got_packet)
 523 {
 524     UtvideoContext *c = avctx->priv_data;
 525     PutByteContext pb;
 526
 527     uint32_t frame_info;
 528
 529     uint8_t *dst;
 530
 531     int width = avctx->width, height = avctx->height;
 532     int i, ret = 0;
 533
 534     /* Allocate a new packet if needed, and set it to the pointer dst */
 535     ret = ff_alloc_packet(pkt, (256 + 4 * c->slices + width * height) *
 536                           c->planes + 4);
 537
 538     if (ret < 0) {
 539         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 540                "Error allocating the output packet, or the provided packet "
 541                "was too small.\n");
 542         return ret;
 543     }
 544
 545     dst = pkt->data;
 546
 547     bytestream2_init_writer(&pb, dst, pkt->size);
 548
 549     av_fast_malloc(&c->slice_bits, &c->slice_bits_size,
 550                    width * height + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 551
 552     if (!c->slice_bits) {
 553         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate temporary buffer 2.\n");
 554         return AVERROR(ENOMEM);
 555     }
 556
 557     /* In case of RGB, mangle the planes to Ut Video's format */
 558     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGBA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24)
 559         mangle_rgb_planes(c->slice_buffer, c->slice_stride, pic->data[0],
 560                           c->planes, pic->linesize[0], width, height);
 561
 562     /* Deal with the planes */
 563     switch (avctx->pix_fmt) {
 564     case AV_PIX_FMT_RGB24:
 565     case AV_PIX_FMT_RGBA:
 566         for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 567             ret = encode_plane(avctx, c->slice_buffer[i] + 2 * c->slice_stride,
 568                                c->slice_buffer[i], c->slice_stride,
 569                                width, height, &pb);
 570
 571             if (ret) {
 572                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error encoding plane %d.\n", i);
 573                 return ret;
 574             }
 575         }
 576         break;
 577     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 578         for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 579             ret = encode_plane(avctx, pic->data[i], c->slice_buffer[0],
 580                                pic->linesize[i], width >> !!i, height, &pb);
 581
 582             if (ret) {
 583                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error encoding plane %d.\n", i);
 584                 return ret;
 585             }
 586         }
 587         break;
 588     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 589         for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 590             ret = encode_plane(avctx, pic->data[i], c->slice_buffer[0],
 591                                pic->linesize[i], width >> !!i, height >> !!i,
 592                                &pb);
 593
 594             if (ret) {
 595                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error encoding plane %d.\n", i);
 596                 return ret;
 597             }
 598         }
 599         break;
 600     default:
 601         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown pixel format: %d\n",
 602                avctx->pix_fmt);
 603         return AVERROR_INVALIDDATA;
 604     }
 605
 606     /*
 607      * Write frame information (LE 32bit unsigned)
 608      * into the output packet.
 609      * Contains the prediction method.
 610      */
 611     frame_info = c->frame_pred << 8;
 612     bytestream2_put_le32(&pb, frame_info);
 613
 614     /*
 615      * At least currently Ut Video is IDR only.
 616      * Set flags accordingly.
 617      */
 618 #if FF_API_CODED_FRAME
 619 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 620     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 621     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 622 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 623 #endif
 624
 625     pkt->size   = bytestream2_tell_p(&pb);
 626     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 627
 628     /* Packet should be done */
 629     *got_packet = 1;
 630
 631     return 0;
 632 }
 633
 634 AVCodec ff_utvideo_encoder = {
 635     .name           = "utvideo",
 636     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Ut Video"),
 637     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 638     .id             = AV_CODEC_ID_UTVIDEO,
 639     .priv_data_size = sizeof(UtvideoContext),
 640     .init           = utvideo_encode_init,
 641     .encode2        = utvideo_encode_frame,
 642     .close          = utvideo_encode_close,
 643     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 644                           AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_RGBA, AV_PIX_FMT_YUV422P,
 645                           AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_NONE
 646                       },
 647 };