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

   1 /*
   2  * Zip Motion Blocks Video (ZMBV) encoder
   3  * Copyright (c) 2006 Konstantin Shishkov
   4  *
   5  * This file is part of FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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  * Zip Motion Blocks Video encoder
  25  */
  26
  27 #include <stdio.h>
  28 #include <stdlib.h>
  29
  30 #include "libavutil/common.h"
  31 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  32 #include "avcodec.h"
  33 #include "internal.h"
  34
  35 #include <zlib.h>
  36
  37 /* Frame header flags */
  38 #define ZMBV_KEYFRAME 1
  39 #define ZMBV_DELTAPAL 2
  40
  41 /* Motion block width/height (maximum allowed value is 255)
  42  * Note: histogram datatype in block_cmp() must be big enough to hold values
  43  * up to (4 * ZMBV_BLOCK * ZMBV_BLOCK)
  44  */
  45 #define ZMBV_BLOCK 16
  46
  47 /* Keyframe header format values */
  48 enum ZmbvFormat {
  49     ZMBV_FMT_NONE  = 0,
  50     ZMBV_FMT_1BPP  = 1,
  51     ZMBV_FMT_2BPP  = 2,
  52     ZMBV_FMT_4BPP  = 3,
  53     ZMBV_FMT_8BPP  = 4,
  54     ZMBV_FMT_15BPP = 5,
  55     ZMBV_FMT_16BPP = 6,
  56     ZMBV_FMT_24BPP = 7,
  57     ZMBV_FMT_32BPP = 8
  58 };
  59
  60 /**
  61  * Encoder context
  62  */
  63 typedef struct ZmbvEncContext {
  64     AVCodecContext *avctx;
  65
  66     int lrange, urange;
  67     uint8_t *comp_buf, *work_buf;
  68     uint8_t pal[768];
  69     uint32_t pal2[256]; //for quick comparisons
  70     uint8_t *prev, *prev_buf;
  71     int pstride;
  72     int comp_size;
  73     int keyint, curfrm;
  74     int bypp;
  75     enum ZmbvFormat fmt;
  76     z_stream zstream;
  77
  78     int score_tab[ZMBV_BLOCK * ZMBV_BLOCK * 4 + 1];
  79 } ZmbvEncContext;
  80
  81
  82 /** Block comparing function
  83  * XXX should be optimized and moved to DSPContext
  84  */
  85 static inline int block_cmp(ZmbvEncContext *c, uint8_t *src, int stride,
  86                             uint8_t *src2, int stride2, int bw, int bh,
  87                             int *xored)
  88 {
  89     int sum = 0;
  90     int i, j;
  91     uint16_t histogram[256] = {0};
  92     int bw_bytes = bw * c->bypp;
  93
  94     /* Build frequency histogram of byte values for src[] ^ src2[] */
  95     for(j = 0; j < bh; j++){
  96         for(i = 0; i < bw_bytes; i++){
  97             int t = src[i] ^ src2[i];
  98             histogram[t]++;
  99         }
 100         src += stride;
 101         src2 += stride2;
 102     }
 103
 104     /* If not all the xored values were 0, then the blocks are different */
 105     *xored = (histogram[0] < bw_bytes * bh);
 106
 107     /* Exit early if blocks are equal */
 108     if (!*xored) return 0;
 109
 110     /* Sum the entropy of all values */
 111     for(i = 0; i < 256; i++)
 112         sum += c->score_tab[histogram[i]];
 113
 114     return sum;
 115 }
 116
 117 /** Motion estimation function
 118  * TODO make better ME decisions
 119  */
 120 static int zmbv_me(ZmbvEncContext *c, uint8_t *src, int sstride, uint8_t *prev,
 121                    int pstride, int x, int y, int *mx, int *my, int *xored)
 122 {
 123     int dx, dy, txored, tv, bv, bw, bh;
 124     int mx0, my0;
 125
 126     mx0 = *mx;
 127     my0 = *my;
 128     bw = FFMIN(ZMBV_BLOCK, c->avctx->width - x);
 129     bh = FFMIN(ZMBV_BLOCK, c->avctx->height - y);
 130
 131     /* Try (0,0) */
 132     bv = block_cmp(c, src, sstride, prev, pstride, bw, bh, xored);
 133     *mx = *my = 0;
 134     if(!bv) return 0;
 135
 136     /* Try previous block's MV (if not 0,0) */
 137     if (mx0 || my0){
 138         tv = block_cmp(c, src, sstride, prev + mx0 * c->bypp + my0 * pstride, pstride, bw, bh, &txored);
 139         if(tv < bv){
 140             bv = tv;
 141             *mx = mx0;
 142             *my = my0;
 143             *xored = txored;
 144             if(!bv) return 0;
 145         }
 146     }
 147
 148     /* Try other MVs from top-to-bottom, left-to-right */
 149     for(dy = -c->lrange; dy <= c->urange; dy++){
 150         for(dx = -c->lrange; dx <= c->urange; dx++){
 151             if(!dx && !dy) continue; // we already tested this block
 152             if(dx == mx0 && dy == my0) continue; // this one too
 153             tv = block_cmp(c, src, sstride, prev + dx * c->bypp + dy * pstride, pstride, bw, bh, &txored);
 154             if(tv < bv){
 155                  bv = tv;
 156                  *mx = dx;
 157                  *my = dy;
 158                  *xored = txored;
 159                  if(!bv) return 0;
 160              }
 161          }
 162     }
 163     return bv;
 164 }
 165
 166 static int encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 167                         const AVFrame *pict, int *got_packet)
 168 {
 169     ZmbvEncContext * const c = avctx->priv_data;
 170     const AVFrame * const p = pict;
 171     uint8_t *src, *prev, *buf;
 172     uint32_t *palptr;
 173     int keyframe, chpal;
 174     int fl;
 175     int work_size = 0, pkt_size;
 176     int bw, bh;
 177     int i, j, ret;
 178
 179     keyframe = !c->curfrm;
 180     c->curfrm++;
 181     if(c->curfrm == c->keyint)
 182         c->curfrm = 0;
 183
 184     palptr = (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_PAL8) ? (uint32_t *)p->data[1] : NULL;
 185     chpal = !keyframe && palptr && memcmp(palptr, c->pal2, 1024);
 186
 187     src = p->data[0];
 188     prev = c->prev;
 189     if(chpal){
 190         uint8_t tpal[3];
 191         for(i = 0; i < 256; i++){
 192             AV_WB24(tpal, palptr[i]);
 193             c->work_buf[work_size++] = tpal[0] ^ c->pal[i * 3 + 0];
 194             c->work_buf[work_size++] = tpal[1] ^ c->pal[i * 3 + 1];
 195             c->work_buf[work_size++] = tpal[2] ^ c->pal[i * 3 + 2];
 196             c->pal[i * 3 + 0] = tpal[0];
 197             c->pal[i * 3 + 1] = tpal[1];
 198             c->pal[i * 3 + 2] = tpal[2];
 199         }
 200         memcpy(c->pal2, palptr, 1024);
 201     }
 202     if(keyframe){
 203         if (palptr){
 204             for(i = 0; i < 256; i++){
 205                 AV_WB24(c->pal+(i*3), palptr[i]);
 206             }
 207             memcpy(c->work_buf, c->pal, 768);
 208             memcpy(c->pal2, palptr, 1024);
 209             work_size = 768;
 210         }
 211         for(i = 0; i < avctx->height; i++){
 212             memcpy(c->work_buf + work_size, src, avctx->width * c->bypp);
 213             src += p->linesize[0];
 214             work_size += avctx->width * c->bypp;
 215         }
 216     }else{
 217         int x, y, bh2, bw2, xored;
 218         uint8_t *tsrc, *tprev;
 219         uint8_t *mv;
 220         int mx = 0, my = 0;
 221
 222         bw = (avctx->width + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK;
 223         bh = (avctx->height + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK;
 224         mv = c->work_buf + work_size;
 225         memset(c->work_buf + work_size, 0, (bw * bh * 2 + 3) & ~3);
 226         work_size += (bw * bh * 2 + 3) & ~3;
 227         /* for now just XOR'ing */
 228         for(y = 0; y < avctx->height; y += ZMBV_BLOCK) {
 229             bh2 = FFMIN(avctx->height - y, ZMBV_BLOCK);
 230             for(x = 0; x < avctx->width; x += ZMBV_BLOCK, mv += 2) {
 231                 bw2 = FFMIN(avctx->width - x, ZMBV_BLOCK);
 232
 233                 tsrc = src + x * c->bypp;
 234                 tprev = prev + x * c->bypp;
 235
 236                 zmbv_me(c, tsrc, p->linesize[0], tprev, c->pstride, x, y, &mx, &my, &xored);
 237                 mv[0] = (mx * 2) | !!xored;
 238                 mv[1] = my * 2;
 239                 tprev += mx * c->bypp + my * c->pstride;
 240                 if(xored){
 241                     for(j = 0; j < bh2; j++){
 242                         for(i = 0; i < bw2 * c->bypp; i++)
 243                             c->work_buf[work_size++] = tsrc[i] ^ tprev[i];
 244                         tsrc += p->linesize[0];
 245                         tprev += c->pstride;
 246                     }
 247                 }
 248             }
 249             src += p->linesize[0] * ZMBV_BLOCK;
 250             prev += c->pstride * ZMBV_BLOCK;
 251         }
 252     }
 253     /* save the previous frame */
 254     src = p->data[0];
 255     prev = c->prev;
 256     for(i = 0; i < avctx->height; i++){
 257         memcpy(prev, src, avctx->width * c->bypp);
 258         prev += c->pstride;
 259         src += p->linesize[0];
 260     }
 261
 262     if (keyframe)
 263         deflateReset(&c->zstream);
 264
 265     c->zstream.next_in = c->work_buf;
 266     c->zstream.avail_in = work_size;
 267     c->zstream.total_in = 0;
 268
 269     c->zstream.next_out = c->comp_buf;
 270     c->zstream.avail_out = c->comp_size;
 271     c->zstream.total_out = 0;
 272     if(deflate(&c->zstream, Z_SYNC_FLUSH) != Z_OK){
 273         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error compressing data\n");
 274         return -1;
 275     }
 276
 277     pkt_size = c->zstream.total_out + 1 + 6*keyframe;
 278     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, pkt_size, 0)) < 0)
 279         return ret;
 280     buf = pkt->data;
 281
 282     fl = (keyframe ? ZMBV_KEYFRAME : 0) | (chpal ? ZMBV_DELTAPAL : 0);
 283     *buf++ = fl;
 284     if (keyframe) {
 285         *buf++ = 0; // hi ver
 286         *buf++ = 1; // lo ver
 287         *buf++ = 1; // comp
 288         *buf++ = c->fmt; // format
 289         *buf++ = ZMBV_BLOCK; // block width
 290         *buf++ = ZMBV_BLOCK; // block height
 291     }
 292     memcpy(buf, c->comp_buf, c->zstream.total_out);
 293
 294     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY*keyframe;
 295     *got_packet = 1;
 296
 297     return 0;
 298 }
 299
 300 static av_cold int encode_end(AVCodecContext *avctx)
 301 {
 302     ZmbvEncContext * const c = avctx->priv_data;
 303
 304     av_freep(&c->comp_buf);
 305     av_freep(&c->work_buf);
 306
 307     deflateEnd(&c->zstream);
 308     av_freep(&c->prev_buf);
 309
 310     return 0;
 311 }
 312
 313 /**
 314  * Init zmbv encoder
 315  */
 316 static av_cold int encode_init(AVCodecContext *avctx)
 317 {
 318     ZmbvEncContext * const c = avctx->priv_data;
 319     int zret; // Zlib return code
 320     int i;
 321     int lvl = 9;
 322     int prev_size, prev_offset;
 323
 324     switch (avctx->pix_fmt) {
 325     case AV_PIX_FMT_PAL8:
 326         c->fmt = ZMBV_FMT_8BPP;
 327         c->bypp = 1;
 328         break;
 329     case AV_PIX_FMT_RGB555LE:
 330         c->fmt = ZMBV_FMT_15BPP;
 331         c->bypp = 2;
 332         break;
 333     case AV_PIX_FMT_RGB565LE:
 334         c->fmt = ZMBV_FMT_16BPP;
 335         c->bypp = 2;
 336         break;
 337 #ifdef ZMBV_ENABLE_24BPP
 338     case AV_PIX_FMT_BGR24:
 339         c->fmt = ZMBV_FMT_24BPP;
 340         c->bypp = 3;
 341         break;
 342 #endif //ZMBV_ENABLE_24BPP
 343     case AV_PIX_FMT_BGR0:
 344         c->fmt = ZMBV_FMT_32BPP;
 345         c->bypp = 4;
 346         break;
 347     default:
 348         av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "unsupported pixel format\n");
 349         return AVERROR(EINVAL);
 350     }
 351
 352     /* Entropy-based score tables for comparing blocks.
 353      * Suitable for blocks up to (ZMBV_BLOCK * ZMBV_BLOCK) bytes.
 354      * Scores are nonnegative, lower is better.
 355      */
 356     for(i = 1; i <= ZMBV_BLOCK * ZMBV_BLOCK * c->bypp; i++)
 357         c->score_tab[i] = -i * log2(i / (double)(ZMBV_BLOCK * ZMBV_BLOCK * c->bypp)) * 256;
 358
 359     c->avctx = avctx;
 360
 361     c->curfrm = 0;
 362     c->keyint = avctx->keyint_min;
 363
 364     /* Motion estimation range: maximum distance is -64..63 */
 365     c->lrange = c->urange = 8;
 366     if(avctx->me_range > 0){
 367         c->lrange = FFMIN(avctx->me_range, 64);
 368         c->urange = FFMIN(avctx->me_range, 63);
 369     }
 370
 371     if(avctx->compression_level >= 0)
 372         lvl = avctx->compression_level;
 373     if(lvl < 0 || lvl > 9){
 374         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Compression level should be 0-9, not %i\n", lvl);
 375         return AVERROR(EINVAL);
 376     }
 377
 378     // Needed if zlib unused or init aborted before deflateInit
 379     memset(&c->zstream, 0, sizeof(z_stream));
 380     c->comp_size = avctx->width * c->bypp * avctx->height + 1024 +
 381         ((avctx->width + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK) * ((avctx->height + ZMBV_BLOCK - 1) / ZMBV_BLOCK) * 2 + 4;
 382     if (!(c->work_buf = av_malloc(c->comp_size))) {
 383         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate work buffer.\n");
 384         return AVERROR(ENOMEM);
 385     }
 386     /* Conservative upper bound taken from zlib v1.2.1 source via lcl.c */
 387     c->comp_size = c->comp_size + ((c->comp_size + 7) >> 3) +
 388                            ((c->comp_size + 63) >> 6) + 11;
 389
 390     /* Allocate compression buffer */
 391     if (!(c->comp_buf = av_malloc(c->comp_size))) {
 392         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate compression buffer.\n");
 393         return AVERROR(ENOMEM);
 394     }
 395
 396     /* Allocate prev buffer - pad around the image to allow out-of-edge ME:
 397      * - The image should be padded with `lrange` rows before and `urange` rows
 398      *   after.
 399      * - The stride should be padded with `lrange` pixels, then rounded up to a
 400      *   multiple of 16 bytes.
 401      * - The first row should also be padded with `lrange` pixels before, then
 402      *   aligned up to a multiple of 16 bytes.
 403      */
 404     c->pstride = FFALIGN((avctx->width + c->lrange) * c->bypp, 16);
 405     prev_size = FFALIGN(c->lrange * c->bypp, 16) + c->pstride * (c->lrange + avctx->height + c->urange);
 406     prev_offset = FFALIGN(c->lrange * c->bypp, 16) + c->pstride * c->lrange;
 407     if (!(c->prev_buf = av_mallocz(prev_size))) {
 408         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Can't allocate picture.\n");
 409         return AVERROR(ENOMEM);
 410     }
 411     c->prev = c->prev_buf + prev_offset;
 412
 413     c->zstream.zalloc = Z_NULL;
 414     c->zstream.zfree = Z_NULL;
 415     c->zstream.opaque = Z_NULL;
 416     zret = deflateInit(&c->zstream, lvl);
 417     if (zret != Z_OK) {
 418         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Inflate init error: %d\n", zret);
 419         return -1;
 420     }
 421
 422     return 0;
 423 }
 424
 425 const AVCodec ff_zmbv_encoder = {
 426     .name           = "zmbv",
 427     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Zip Motion Blocks Video"),
 428     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 429     .id             = AV_CODEC_ID_ZMBV,
 430     .priv_data_size = sizeof(ZmbvEncContext),
 431     .init           = encode_init,
 432     .encode2        = encode_frame,
 433     .close          = encode_end,
 434     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) { AV_PIX_FMT_PAL8,
 435                                                      AV_PIX_FMT_RGB555LE,
 436                                                      AV_PIX_FMT_RGB565LE,
 437 #ifdef ZMBV_ENABLE_24BPP
 438                                                      AV_PIX_FMT_BGR24,
 439 #endif //ZMBV_ENABLE_24BPP
 440                                                      AV_PIX_FMT_BGR0,
 441                                                      AV_PIX_FMT_NONE },
 442 };