libavcodec/a64multienc.c

   1 /*
   2  * a64 video encoder - multicolor modes
   3  * Copyright (c) 2009 Tobias Bindhammer
   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  * a64 video encoder - multicolor modes
  25  */
  26
  27 #include "a64colors.h"
  28 #include "a64tables.h"
  29 #include "elbg.h"
  30 #include "internal.h"
  31 #include "libavutil/avassert.h"
  32 #include "libavutil/common.h"
  33 #include "libavutil/intreadwrite.h"
  34
  35 #define DITHERSTEPS   8
  36 #define CHARSET_CHARS 256
  37 #define INTERLACED    1
  38 #define CROP_SCREENS  1
  39
  40 #define C64XRES 320
  41 #define C64YRES 200
  42
  43 typedef struct A64Context {
  44     /* variables for multicolor modes */
  45     AVLFG randctx;
  46     int mc_lifetime;
  47     int mc_use_5col;
  48     unsigned mc_frame_counter;
  49     int *mc_meta_charset;
  50     int *mc_charmap;
  51     int *mc_best_cb;
  52     int mc_luma_vals[5];
  53     uint8_t *mc_charset;
  54     uint8_t *mc_colram;
  55     uint8_t *mc_palette;
  56     int mc_pal_size;
  57
  58     /* pts of the next packet that will be output */
  59     int64_t next_pts;
  60 } A64Context;
  61
  62 /* gray gradient */
  63 static const int mc_colors[5]={0x0,0xb,0xc,0xf,0x1};
  64
  65 /* other possible gradients - to be tested */
  66 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x8,0xa,0xf,0x7};
  67 //static const int mc_colors[5]={0x0,0x9,0x8,0xa,0x3};
  68
  69 static void to_meta_with_crop(AVCodecContext *avctx,
  70                               const AVFrame *p, int *dest)
  71 {
  72     int blockx, blocky, x, y;
  73     int luma = 0;
  74     int height = FFMIN(avctx->height, C64YRES);
  75     int width  = FFMIN(avctx->width , C64XRES);
  76     uint8_t *src = p->data[0];
  77
  78     for (blocky = 0; blocky < C64YRES; blocky += 8) {
  79         for (blockx = 0; blockx < C64XRES; blockx += 8) {
  80             for (y = blocky; y < blocky + 8 && y < C64YRES; y++) {
  81                 for (x = blockx; x < blockx + 8 && x < C64XRES; x += 2) {
  82                     if(x < width && y < height) {
  83                         if (x + 1 < width) {
  84                             /* build average over 2 pixels */
  85                             luma = (src[(x + 0 + y * p->linesize[0])] +
  86                                     src[(x + 1 + y * p->linesize[0])]) / 2;
  87                         } else {
  88                             luma = src[(x + y * p->linesize[0])];
  89                         }
  90                         /* write blocks as linear data now so they are suitable for elbg */
  91                         dest[0] = luma;
  92                     }
  93                     dest++;
  94                 }
  95             }
  96         }
  97     }
  98 }
  99
 100 static void render_charset(AVCodecContext *avctx, uint8_t *charset,
 101                            uint8_t *colrammap)
 102 {
 103     A64Context *c = avctx->priv_data;
 104     uint8_t row1, row2;
 105     int charpos, x, y;
 106     int a, b;
 107     uint8_t pix;
 108     int lowdiff, highdiff;
 109     int *best_cb = c->mc_best_cb;
 110     static uint8_t index1[256];
 111     static uint8_t index2[256];
 112     static uint8_t dither[256];
 113     int i;
 114     int distance;
 115
 116     /* generate lookup-tables for dither and index before looping */
 117     i = 0;
 118     for (a=0; a < 256; a++) {
 119         if(i < c->mc_pal_size -1 && a == c->mc_luma_vals[i + 1]) {
 120             distance = c->mc_luma_vals[i + 1] - c->mc_luma_vals[i];
 121             for(b = 0; b <= distance; b++) {
 122                   dither[c->mc_luma_vals[i] + b] = b * (DITHERSTEPS - 1) / distance;
 123             }
 124             i++;
 125         }
 126         if(i >= c->mc_pal_size - 1) dither[a] = 0;
 127         index1[a] = i;
 128         index2[a] = FFMIN(i + 1, c->mc_pal_size - 1);
 129     }
 130
 131     /* and render charset */
 132     for (charpos = 0; charpos < CHARSET_CHARS; charpos++) {
 133         lowdiff  = 0;
 134         highdiff = 0;
 135         for (y = 0; y < 8; y++) {
 136             row1 = 0; row2 = 0;
 137             for (x = 0; x < 4; x++) {
 138                 pix = best_cb[y * 4 + x];
 139
 140                 /* accumulate error for brightest/darkest color */
 141                 if (index1[pix] >= 3)
 142                     highdiff += pix - c->mc_luma_vals[3];
 143                 if (index1[pix] < 1)
 144                     lowdiff += c->mc_luma_vals[1] - pix;
 145
 146                 row1 <<= 2;
 147
 148                 if (INTERLACED) {
 149                     row2 <<= 2;
 150                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 0][x & 3])
 151                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 152                     else
 153                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 154
 155                     if (interlaced_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3) * 2 + 1][x & 3])
 156                         row2 |= 3-(index2[pix] & 3);
 157                     else
 158                         row2 |= 3-(index1[pix] & 3);
 159                 }
 160                 else {
 161                     if (multi_dither_patterns[dither[pix]][(y & 3)][x & 3])
 162                         row1 |= 3-(index2[pix] & 3);
 163                     else
 164                         row1 |= 3-(index1[pix] & 3);
 165                 }
 166             }
 167             charset[y+0x000] = row1;
 168             if (INTERLACED) charset[y+0x800] = row2;
 169         }
 170         /* do we need to adjust pixels? */
 171         if (highdiff > 0 && lowdiff > 0 && c->mc_use_5col) {
 172             if (lowdiff > highdiff) {
 173                 for (x = 0; x < 32; x++)
 174                     best_cb[x] = FFMIN(c->mc_luma_vals[3], best_cb[x]);
 175             } else {
 176                 for (x = 0; x < 32; x++)
 177                     best_cb[x] = FFMAX(c->mc_luma_vals[1], best_cb[x]);
 178             }
 179             charpos--;          /* redo now adjusted char */
 180         /* no adjustment needed, all fine */
 181         } else {
 182             /* advance pointers */
 183             best_cb += 32;
 184             charset += 8;
 185
 186             /* remember colorram value */
 187             colrammap[charpos] = (highdiff > 0);
 188         }
 189     }
 190 }
 191
 192 static av_cold int a64multi_close_encoder(AVCodecContext *avctx)
 193 {
 194     A64Context *c = avctx->priv_data;
 195     av_freep(&c->mc_meta_charset);
 196     av_freep(&c->mc_best_cb);
 197     av_freep(&c->mc_charset);
 198     av_freep(&c->mc_charmap);
 199     av_freep(&c->mc_colram);
 200     return 0;
 201 }
 202
 203 static av_cold int a64multi_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 204 {
 205     A64Context *c = avctx->priv_data;
 206     int a;
 207     av_lfg_init(&c->randctx, 1);
 208
 209     if (avctx->global_quality < 1) {
 210         c->mc_lifetime = 4;
 211     } else {
 212         c->mc_lifetime = avctx->global_quality /= FF_QP2LAMBDA;
 213     }
 214
 215     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "charset lifetime set to %d frame(s)\n", c->mc_lifetime);
 216
 217     c->mc_frame_counter = 0;
 218     c->mc_use_5col      = avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_A64_MULTI5;
 219     c->mc_pal_size      = 4 + c->mc_use_5col;
 220
 221     /* precalc luma values for later use */
 222     for (a = 0; a < c->mc_pal_size; a++) {
 223         c->mc_luma_vals[a]=a64_palette[mc_colors[a]][0] * 0.30 +
 224                            a64_palette[mc_colors[a]][1] * 0.59 +
 225                            a64_palette[mc_colors[a]][2] * 0.11;
 226     }
 227
 228     if (!(c->mc_meta_charset = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 32000 * sizeof(int))) ||
 229        !(c->mc_best_cb       = av_malloc(CHARSET_CHARS * 32 * sizeof(int)))     ||
 230        !(c->mc_charmap       = av_mallocz_array(c->mc_lifetime, 1000 * sizeof(int))) ||
 231        !(c->mc_colram        = av_mallocz(CHARSET_CHARS * sizeof(uint8_t)))     ||
 232        !(c->mc_charset       = av_malloc(0x800 * (INTERLACED+1) * sizeof(uint8_t)))) {
 233         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate buffer memory.\n");
 234         return AVERROR(ENOMEM);
 235     }
 236
 237     /* set up extradata */
 238     if (!(avctx->extradata = av_mallocz(8 * 4 + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE))) {
 239         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to allocate memory for extradata.\n");
 240         return AVERROR(ENOMEM);
 241     }
 242     avctx->extradata_size = 8 * 4;
 243     AV_WB32(avctx->extradata, c->mc_lifetime);
 244     AV_WB32(avctx->extradata + 16, INTERLACED);
 245
 246     if (!avctx->codec_tag)
 247          avctx->codec_tag = AV_RL32("a64m");
 248
 249     c->next_pts = AV_NOPTS_VALUE;
 250
 251     return 0;
 252 }
 253
 254 static void a64_compress_colram(unsigned char *buf, int *charmap, uint8_t *colram)
 255 {
 256     int a;
 257     uint8_t temp;
 258     /* only needs to be done in 5col mode */
 259     /* XXX could be squeezed to 0x80 bytes */
 260     for (a = 0; a < 256; a++) {
 261         temp  = colram[charmap[a + 0x000]] << 0;
 262         temp |= colram[charmap[a + 0x100]] << 1;
 263         temp |= colram[charmap[a + 0x200]] << 2;
 264         if (a < 0xe8) temp |= colram[charmap[a + 0x300]] << 3;
 265         buf[a] = temp << 2;
 266     }
 267 }
 268
 269 static int a64multi_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
 270                                  const AVFrame *p, int *got_packet)
 271 {
 272     A64Context *c = avctx->priv_data;
 273
 274     int frame;
 275     int x, y;
 276     int b_height;
 277     int b_width;
 278
 279     int req_size, ret;
 280     uint8_t *buf = NULL;
 281
 282     int *charmap     = c->mc_charmap;
 283     uint8_t *colram  = c->mc_colram;
 284     uint8_t *charset = c->mc_charset;
 285     int *meta        = c->mc_meta_charset;
 286     int *best_cb     = c->mc_best_cb;
 287
 288     int charset_size = 0x800 * (INTERLACED + 1);
 289     int colram_size  = 0x100 * c->mc_use_5col;
 290     int screen_size;
 291
 292     if(CROP_SCREENS) {
 293         b_height = FFMIN(avctx->height,C64YRES) >> 3;
 294         b_width  = FFMIN(avctx->width ,C64XRES) >> 3;
 295         screen_size = b_width * b_height;
 296     } else {
 297         b_height = C64YRES >> 3;
 298         b_width  = C64XRES >> 3;
 299         screen_size = 0x400;
 300     }
 301
 302     /* no data, means end encoding asap */
 303     if (!p) {
 304         /* all done, end encoding */
 305         if (!c->mc_lifetime) return 0;
 306         /* no more frames in queue, prepare to flush remaining frames */
 307         if (!c->mc_frame_counter) {
 308             c->mc_lifetime = 0;
 309         }
 310         /* still frames in queue so limit lifetime to remaining frames */
 311         else c->mc_lifetime = c->mc_frame_counter;
 312     /* still new data available */
 313     } else {
 314         /* fill up mc_meta_charset with data until lifetime exceeds */
 315         if (c->mc_frame_counter < c->mc_lifetime) {
 316             to_meta_with_crop(avctx, p, meta + 32000 * c->mc_frame_counter);
 317             c->mc_frame_counter++;
 318             if (c->next_pts == AV_NOPTS_VALUE)
 319                 c->next_pts = p->pts;
 320             /* lifetime is not reached so wait for next frame first */
 321             return 0;
 322         }
 323     }
 324
 325     /* lifetime reached so now convert X frames at once */
 326     if (c->mc_frame_counter == c->mc_lifetime) {
 327         req_size = 0;
 328         /* any frames to encode? */
 329         if (c->mc_lifetime) {
 330             int alloc_size = charset_size + c->mc_lifetime*(screen_size + colram_size);
 331             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, alloc_size, 0)) < 0)
 332                 return ret;
 333             buf = pkt->data;
 334
 335             /* calc optimal new charset + charmaps */
 336             ret = avpriv_init_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
 337                                CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 338             if (ret < 0)
 339                 return ret;
 340             ret = avpriv_do_elbg(meta, 32, 1000 * c->mc_lifetime, best_cb,
 341                              CHARSET_CHARS, 50, charmap, &c->randctx);
 342             if (ret < 0)
 343                 return ret;
 344
 345             /* create colorram map and a c64 readable charset */
 346             render_charset(avctx, charset, colram);
 347
 348             /* copy charset to buf */
 349             memcpy(buf, charset, charset_size);
 350
 351             /* advance pointers */
 352             buf      += charset_size;
 353             req_size += charset_size;
 354         }
 355
 356         /* write x frames to buf */
 357         for (frame = 0; frame < c->mc_lifetime; frame++) {
 358             /* copy charmap to buf. buf is uchar*, charmap is int*, so no memcpy here, sorry */
 359             for (y = 0; y < b_height; y++) {
 360                 for (x = 0; x < b_width; x++) {
 361                     buf[y * b_width + x] = charmap[y * b_width + x];
 362                 }
 363             }
 364             /* advance pointers */
 365             buf += screen_size;
 366             req_size += screen_size;
 367
 368             /* compress and copy colram to buf */
 369             if (c->mc_use_5col) {
 370                 a64_compress_colram(buf, charmap, colram);
 371                 /* advance pointers */
 372                 buf += colram_size;
 373                 req_size += colram_size;
 374             }
 375
 376             /* advance to next charmap */
 377             charmap += 1000;
 378         }
 379
 380         AV_WB32(avctx->extradata + 4,  c->mc_frame_counter);
 381         AV_WB32(avctx->extradata + 8,  charset_size);
 382         AV_WB32(avctx->extradata + 12, screen_size + colram_size);
 383
 384         /* reset counter */
 385         c->mc_frame_counter = 0;
 386
 387         pkt->pts = pkt->dts = c->next_pts;
 388         c->next_pts         = AV_NOPTS_VALUE;
 389
 390         av_assert0(pkt->size >= req_size);
 391         pkt->size   = req_size;
 392         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 393         *got_packet = !!req_size;
 394     }
 395     return 0;
 396 }
 397
 398 #if CONFIG_A64MULTI_ENCODER
 399 AVCodec ff_a64multi_encoder = {
 400     .name           = "a64multi",
 401     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64"),
 402     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 403     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI,
 404     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 405     .init           = a64multi_encode_init,
 406     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 407     .close          = a64multi_close_encoder,
 408     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 409     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DELAY,
 410 };
 411 #endif
 412 #if CONFIG_A64MULTI5_ENCODER
 413 AVCodec ff_a64multi5_encoder = {
 414     .name           = "a64multi5",
 415     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("Multicolor charset for Commodore 64, extended with 5th color (colram)"),
 416     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 417     .id             = AV_CODEC_ID_A64_MULTI5,
 418     .priv_data_size = sizeof(A64Context),
 419     .init           = a64multi_encode_init,
 420     .encode2        = a64multi_encode_frame,
 421     .close          = a64multi_close_encoder,
 422     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {AV_PIX_FMT_GRAY8, AV_PIX_FMT_NONE},
 423     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DELAY,
 424 };
 425 #endif