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 "bytestream.h"
  32 #include "put_bits.h"
  33 #include "dsputil.h"
  34 #include "mathops.h"
  35 #include "utvideo.h"
  36 #include "huffman.h"
  37
  38 /* Compare huffentry symbols */
  39 static int huff_cmp_sym(const void *a, const void *b)
  40 {
  41     const HuffEntry *aa = a, *bb = b;
  42     return aa->sym - bb->sym;
  43 }
  44
  45 static av_cold int utvideo_encode_close(AVCodecContext *avctx)
  46 {
  47     UtvideoContext *c = avctx->priv_data;
  48     int i;
  49
  50     av_freep(&avctx->coded_frame);
  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_dsputil_init(&c->dsp, avctx);
 112
 113     /* Check the prediction method, and error out if unsupported */
 114     if (avctx->prediction_method < 0 || avctx->prediction_method > 4) {
 115         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 116                "Prediction method %d is not supported in Ut Video.\n",
 117                avctx->prediction_method);
 118         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 119     }
 120
 121     if (avctx->prediction_method == FF_PRED_PLANE) {
 122         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 123                "Plane prediction is not supported in Ut Video.\n");
 124         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 125     }
 126
 127     /* Convert from libavcodec prediction type to Ut Video's */
 128     c->frame_pred = ff_ut_pred_order[avctx->prediction_method];
 129
 130     if (c->frame_pred == PRED_GRADIENT) {
 131         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Gradient prediction is not supported.\n");
 132         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 133     }
 134
 135     /*
 136      * Check the asked slice count for obviously invalid
 137      * values (> 256 or negative).
 138      */
 139     if (avctx->slices > 256 || avctx->slices < 0) {
 140         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 141                "Slice count %d is not supported in Ut Video (theoretical range is 0-256).\n",
 142                avctx->slices);
 143         return AVERROR(EINVAL);
 144     }
 145
 146     /* Check that the slice count is not larger than the subsampled height */
 147     subsampled_height = avctx->height >> av_pix_fmt_desc_get(avctx->pix_fmt)->log2_chroma_h;
 148     if (avctx->slices > subsampled_height) {
 149         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 150                "Slice count %d is larger than the subsampling-applied height %d.\n",
 151                avctx->slices, subsampled_height);
 152         return AVERROR(EINVAL);
 153     }
 154
 155     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
 156
 157     if (!avctx->coded_frame) {
 158         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate frame.\n");
 159         utvideo_encode_close(avctx);
 160         return AVERROR(ENOMEM);
 161     }
 162
 163     /* extradata size is 4 * 32bit */
 164     avctx->extradata_size = 16;
 165
 166     avctx->extradata = av_mallocz(avctx->extradata_size +
 167                                   FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 168
 169     if (!avctx->extradata) {
 170         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not allocate extradata.\n");
 171         utvideo_encode_close(avctx);
 172         return AVERROR(ENOMEM);
 173     }
 174
 175     for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 176         c->slice_buffer[i] = av_malloc(c->slice_stride * (avctx->height + 2) +
 177                                        FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 178         if (!c->slice_buffer[i]) {
 179             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate temporary buffer 1.\n");
 180             utvideo_encode_close(avctx);
 181             return AVERROR(ENOMEM);
 182         }
 183     }
 184
 185     /*
 186      * Set the version of the encoder.
 187      * Last byte is "implementation ID", which is
 188      * obtained from the creator of the format.
 189      * Libavcodec has been assigned with the ID 0xF0.
 190      */
 191     AV_WB32(avctx->extradata, MKTAG(1, 0, 0, 0xF0));
 192
 193     /*
 194      * Set the "original format"
 195      * Not used for anything during decoding.
 196      */
 197     AV_WL32(avctx->extradata + 4, original_format);
 198
 199     /* Write 4 as the 'frame info size' */
 200     AV_WL32(avctx->extradata + 8, c->frame_info_size);
 201
 202     /*
 203      * Set how many slices are going to be used.
 204      * By default uses multiple slices depending on the subsampled height.
 205      * This enables multithreading in the official decoder.
 206      */
 207     if (!avctx->slices) {
 208         c->slices = subsampled_height / 120;
 209
 210         if (!c->slices)
 211             c->slices = 1;
 212         else if (c->slices > 256)
 213             c->slices = 256;
 214     } else {
 215         c->slices = avctx->slices;
 216     }
 217
 218     /* Set compression mode */
 219     c->compression = COMP_HUFF;
 220
 221     /*
 222      * Set the encoding flags:
 223      * - Slice count minus 1
 224      * - Interlaced encoding mode flag, set to zero for now.
 225      * - Compression mode (none/huff)
 226      * And write the flags.
 227      */
 228     c->flags  = (c->slices - 1) << 24;
 229     c->flags |= 0 << 11; // bit field to signal interlaced encoding mode
 230     c->flags |= c->compression;
 231
 232     AV_WL32(avctx->extradata + 12, c->flags);
 233
 234     return 0;
 235 }
 236
 237 static void mangle_rgb_planes(uint8_t *dst[4], int dst_stride, uint8_t *src,
 238                               int step, int stride, int width, int height)
 239 {
 240     int i, j;
 241     int k = 2 * dst_stride;
 242     unsigned int g;
 243
 244     for (j = 0; j < height; j++) {
 245         if (step == 3) {
 246             for (i = 0; i < width * step; i += step) {
 247                 g         = src[i + 1];
 248                 dst[0][k] = g;
 249                 g        += 0x80;
 250                 dst[1][k] = src[i + 2] - g;
 251                 dst[2][k] = src[i + 0] - g;
 252                 k++;
 253             }
 254         } else {
 255             for (i = 0; i < width * step; i += step) {
 256                 g         = src[i + 1];
 257                 dst[0][k] = g;
 258                 g        += 0x80;
 259                 dst[1][k] = src[i + 2] - g;
 260                 dst[2][k] = src[i + 0] - g;
 261                 dst[3][k] = src[i + 3];
 262                 k++;
 263             }
 264         }
 265         k += dst_stride - width;
 266         src += stride;
 267     }
 268 }
 269
 270 /* Write data to a plane with left prediction */
 271 static void left_predict(uint8_t *src, uint8_t *dst, int stride,
 272                          int width, int height)
 273 {
 274     int i, j;
 275     uint8_t prev;
 276
 277     prev = 0x80; /* Set the initial value */
 278     for (j = 0; j < height; j++) {
 279         for (i = 0; i < width; i++) {
 280             *dst++ = src[i] - prev;
 281             prev   = src[i];
 282         }
 283         src += stride;
 284     }
 285 }
 286
 287 /* Write data to a plane with median prediction */
 288 static void median_predict(UtvideoContext *c, uint8_t *src, uint8_t *dst, int stride,
 289                            int width, int height)
 290 {
 291     int i, j;
 292     int A, B;
 293     uint8_t prev;
 294
 295     /* First line uses left neighbour prediction */
 296     prev = 0x80; /* Set the initial value */
 297     for (i = 0; i < width; i++) {
 298         *dst++ = src[i] - prev;
 299         prev   = src[i];
 300     }
 301
 302     if (height == 1)
 303         return;
 304
 305     src += stride;
 306
 307     /*
 308      * Second line uses top prediction for the first sample,
 309      * and median for the rest.
 310      */
 311     A = B = 0;
 312
 313     /* Rest of the coded part uses median prediction */
 314     for (j = 1; j < height; j++) {
 315         c->dsp.sub_hfyu_median_prediction(dst, src - stride, src, width, &A, &B);
 316         dst += width;
 317         src += stride;
 318     }
 319 }
 320
 321 /* Count the usage of values in a plane */
 322 static void count_usage(uint8_t *src, int width,
 323                         int height, uint64_t *counts)
 324 {
 325     int i, j;
 326
 327     for (j = 0; j < height; j++) {
 328         for (i = 0; i < width; i++) {
 329             counts[src[i]]++;
 330         }
 331         src += width;
 332     }
 333 }
 334
 335 /* Calculate the actual huffman codes from the code lengths */
 336 static void calculate_codes(HuffEntry *he)
 337 {
 338     int last, i;
 339     uint32_t code;
 340
 341     qsort(he, 256, sizeof(*he), ff_ut_huff_cmp_len);
 342
 343     last = 255;
 344     while (he[last].len == 255 && last)
 345         last--;
 346
 347     code = 1;
 348     for (i = last; i >= 0; i--) {
 349         he[i].code  = code >> (32 - he[i].len);
 350         code       += 0x80000000u >> (he[i].len - 1);
 351     }
 352
 353     qsort(he, 256, sizeof(*he), huff_cmp_sym);
 354 }
 355
 356 /* Write huffman bit codes to a memory block */
 357 static int write_huff_codes(uint8_t *src, uint8_t *dst, int dst_size,
 358                             int width, int height, HuffEntry *he)
 359 {
 360     PutBitContext pb;
 361     int i, j;
 362     int count;
 363
 364     init_put_bits(&pb, dst, dst_size);
 365
 366     /* Write the codes */
 367     for (j = 0; j < height; j++) {
 368         for (i = 0; i < width; i++)
 369             put_bits(&pb, he[src[i]].len, he[src[i]].code);
 370
 371         src += width;
 372     }
 373
 374     /* Pad output to a 32bit boundary */
 375     count = put_bits_count(&pb) & 0x1F;
 376
 377     if (count)
 378         put_bits(&pb, 32 - count, 0);
 379
 380     /* Get the amount of bits written */
 381     count = put_bits_count(&pb);
 382
 383     /* Flush the rest with zeroes */
 384     flush_put_bits(&pb);
 385
 386     return count;
 387 }
 388
 389 static int encode_plane(AVCodecContext *avctx, uint8_t *src,
 390                         uint8_t *dst, int stride,
 391                         int width, int height, PutByteContext *pb)
 392 {
 393     UtvideoContext *c        = avctx->priv_data;
 394     uint8_t  lengths[256];
 395     uint64_t counts[256]     = { 0 };
 396
 397     HuffEntry he[256];
 398
 399     uint32_t offset = 0, slice_len = 0;
 400     int      i, sstart, send = 0;
 401     int      symbol;
 402
 403     /* Do prediction / make planes */
 404     switch (c->frame_pred) {
 405     case PRED_NONE:
 406         for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 407             sstart = send;
 408             send   = height * (i + 1) / c->slices;
 409             av_image_copy_plane(dst + sstart * width, width,
 410                                 src + sstart * stride, stride,
 411                                 width, send - sstart);
 412         }
 413         break;
 414     case PRED_LEFT:
 415         for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 416             sstart = send;
 417             send   = height * (i + 1) / c->slices;
 418             left_predict(src + sstart * stride, dst + sstart * width,
 419                          stride, width, send - sstart);
 420         }
 421         break;
 422     case PRED_MEDIAN:
 423         for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 424             sstart = send;
 425             send   = height * (i + 1) / c->slices;
 426             median_predict(c, src + sstart * stride, dst + sstart * width,
 427                            stride, width, send - sstart);
 428         }
 429         break;
 430     default:
 431         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown prediction mode: %d\n",
 432                c->frame_pred);
 433         return AVERROR_OPTION_NOT_FOUND;
 434     }
 435
 436     /* Count the usage of values */
 437     count_usage(dst, width, height, counts);
 438
 439     /* Check for a special case where only one symbol was used */
 440     for (symbol = 0; symbol < 256; symbol++) {
 441         /* If non-zero count is found, see if it matches width * height */
 442         if (counts[symbol]) {
 443             /* Special case if only one symbol was used */
 444             if (counts[symbol] == width * height) {
 445                 /*
 446                  * Write a zero for the single symbol
 447                  * used in the plane, else 0xFF.
 448                  */
 449                 for (i = 0; i < 256; i++) {
 450                     if (i == symbol)
 451                         bytestream2_put_byte(pb, 0);
 452                     else
 453                         bytestream2_put_byte(pb, 0xFF);
 454                 }
 455
 456                 /* Write zeroes for lengths */
 457                 for (i = 0; i < c->slices; i++)
 458                     bytestream2_put_le32(pb, 0);
 459
 460                 /* And that's all for that plane folks */
 461                 return 0;
 462             }
 463             break;
 464         }
 465     }
 466
 467     /* Calculate huffman lengths */
 468     ff_huff_gen_len_table(lengths, counts);
 469
 470     /*
 471      * Write the plane's header into the output packet:
 472      * - huffman code lengths (256 bytes)
 473      * - slice end offsets (gotten from the slice lengths)
 474      */
 475     for (i = 0; i < 256; i++) {
 476         bytestream2_put_byte(pb, lengths[i]);
 477
 478         he[i].len = lengths[i];
 479         he[i].sym = i;
 480     }
 481
 482     /* Calculate the huffman codes themselves */
 483     calculate_codes(he);
 484
 485     send = 0;
 486     for (i = 0; i < c->slices; i++) {
 487         sstart  = send;
 488         send    = height * (i + 1) / c->slices;
 489
 490         /*
 491          * Write the huffman codes to a buffer,
 492          * get the offset in bits and convert to bytes.
 493          */
 494         offset += write_huff_codes(dst + sstart * width, c->slice_bits,
 495                                    width * (send - sstart), width,
 496                                    send - sstart, he) >> 3;
 497
 498         slice_len = offset - slice_len;
 499
 500         /* Byteswap the written huffman codes */
 501         c->dsp.bswap_buf((uint32_t *) c->slice_bits,
 502                          (uint32_t *) c->slice_bits,
 503                          slice_len >> 2);
 504
 505         /* Write the offset to the stream */
 506         bytestream2_put_le32(pb, offset);
 507
 508         /* Seek to the data part of the packet */
 509         bytestream2_seek_p(pb, 4 * (c->slices - i - 1) +
 510                            offset - slice_len, SEEK_CUR);
 511
 512         /* Write the slices' data into the output packet */
 513         bytestream2_put_buffer(pb, c->slice_bits, slice_len);
 514
 515         /* Seek back to the slice offsets */
 516         bytestream2_seek_p(pb, -4 * (c->slices - i - 1) - offset,
 517                            SEEK_CUR);
 518
 519         slice_len = offset;
 520     }
 521
 522     /* And at the end seek to the end of written slice(s) */
 523     bytestream2_seek_p(pb, offset, SEEK_CUR);
 524
 525     return 0;
 526 }
 527
 528 static int utvideo_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 529                                 const AVFrame *pic, int *got_packet)
 530 {
 531     UtvideoContext *c = avctx->priv_data;
 532     PutByteContext pb;
 533
 534     uint32_t frame_info;
 535
 536     uint8_t *dst;
 537
 538     int width = avctx->width, height = avctx->height;
 539     int i, ret = 0;
 540
 541     /* Allocate a new packet if needed, and set it to the pointer dst */
 542     ret = ff_alloc_packet(pkt, (256 + 4 * c->slices + width * height) *
 543                           c->planes + 4);
 544
 545     if (ret < 0) {
 546         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 547                "Error allocating the output packet, or the provided packet "
 548                "was too small.\n");
 549         return ret;
 550     }
 551
 552     dst = pkt->data;
 553
 554     bytestream2_init_writer(&pb, dst, pkt->size);
 555
 556     av_fast_malloc(&c->slice_bits, &c->slice_bits_size,
 557                    width * height + FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 558
 559     if (!c->slice_bits) {
 560         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Cannot allocate temporary buffer 2.\n");
 561         return AVERROR(ENOMEM);
 562     }
 563
 564     /* In case of RGB, mangle the planes to Ut Video's format */
 565     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGBA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_RGB24)
 566         mangle_rgb_planes(c->slice_buffer, c->slice_stride, pic->data[0],
 567                           c->planes, pic->linesize[0], width, height);
 568
 569     /* Deal with the planes */
 570     switch (avctx->pix_fmt) {
 571     case AV_PIX_FMT_RGB24:
 572     case AV_PIX_FMT_RGBA:
 573         for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 574             ret = encode_plane(avctx, c->slice_buffer[i] + 2 * c->slice_stride,
 575                                c->slice_buffer[i], c->slice_stride,
 576                                width, height, &pb);
 577
 578             if (ret) {
 579                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error encoding plane %d.\n", i);
 580                 return ret;
 581             }
 582         }
 583         break;
 584     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 585         for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 586             ret = encode_plane(avctx, pic->data[i], c->slice_buffer[0],
 587                                pic->linesize[i], width >> !!i, height, &pb);
 588
 589             if (ret) {
 590                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error encoding plane %d.\n", i);
 591                 return ret;
 592             }
 593         }
 594         break;
 595     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 596         for (i = 0; i < c->planes; i++) {
 597             ret = encode_plane(avctx, pic->data[i], c->slice_buffer[0],
 598                                pic->linesize[i], width >> !!i, height >> !!i,
 599                                &pb);
 600
 601             if (ret) {
 602                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error encoding plane %d.\n", i);
 603                 return ret;
 604             }
 605         }
 606         break;
 607     default:
 608         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown pixel format: %d\n",
 609                avctx->pix_fmt);
 610         return AVERROR_INVALIDDATA;
 611     }
 612
 613     /*
 614      * Write frame information (LE 32bit unsigned)
 615      * into the output packet.
 616      * Contains the prediction method.
 617      */
 618     frame_info = c->frame_pred << 8;
 619     bytestream2_put_le32(&pb, frame_info);
 620
 621     /*
 622      * At least currently Ut Video is IDR only.
 623      * Set flags accordingly.
 624      */
 625     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 626     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 627
 628     pkt->size   = bytestream2_tell_p(&pb);
 629     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 630
 631     /* Packet should be done */
 632     *got_packet = 1;
 633
 634     return 0;
 635 }
 636
 637 AVCodec ff_utvideo_encoder = {
 638     .name           = "utvideo",
 639     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Ut Video"),
 640     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 641     .id             = AV_CODEC_ID_UTVIDEO,
 642     .priv_data_size = sizeof(UtvideoContext),
 643     .init           = utvideo_encode_init,
 644     .encode2        = utvideo_encode_frame,
 645     .close          = utvideo_encode_close,
 646     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
 647                           AV_PIX_FMT_RGB24, AV_PIX_FMT_RGBA, AV_PIX_FMT_YUV422P,
 648                           AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_NONE
 649                       },
 650 };