libavcodec/h261enc.c

   1 /*
   2  * H.261 encoder
   3  * Copyright (c) 2002-2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
   4  * Copyright (c) 2004 Maarten Daniels
   5  *
   6  * This file is part of FFmpeg.
   7  *
   8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
   9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  10  * License as published by the Free Software Foundation; either
  11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  12  *
  13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  16  * Lesser General Public License for more details.
  17  *
  18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  21  */
  22
  23 /**
  24  * @file
  25  * H.261 encoder.
  26  */
  27
  28 #include "libavutil/attributes.h"
  29 #include "libavutil/avassert.h"
  30 #include "avcodec.h"
  31 #include "mpegutils.h"
  32 #include "mpegvideo.h"
  33 #include "h263.h"
  34 #include "h261.h"
  35 #include "mpegvideodata.h"
  36
  37 static uint8_t uni_h261_rl_len [64*64*2*2];
  38 #define UNI_ENC_INDEX(last,run,level) ((last)*128*64 + (run)*128 + (level))
  39
  40 int ff_h261_get_picture_format(int width, int height)
  41 {
  42     // QCIF
  43     if (width == 176 && height == 144)
  44         return 0;
  45     // CIF
  46     else if (width == 352 && height == 288)
  47         return 1;
  48     // ERROR
  49     else
  50         return AVERROR(EINVAL);
  51 }
  52
  53 void ff_h261_encode_picture_header(MpegEncContext *s, int picture_number)
  54 {
  55     H261Context *h = (H261Context *)s;
  56     int format, temp_ref;
  57
  58     avpriv_align_put_bits(&s->pb);
  59
  60     /* Update the pointer to last GOB */
  61     s->ptr_lastgob = put_bits_ptr(&s->pb);
  62
  63     put_bits(&s->pb, 20, 0x10); /* PSC */
  64
  65     temp_ref = s->picture_number * 30000LL * s->avctx->time_base.num /
  66                (1001LL * s->avctx->time_base.den);   // FIXME maybe this should use a timestamp
  67     put_sbits(&s->pb, 5, temp_ref); /* TemporalReference */
  68
  69     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* split screen off */
  70     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* camera  off */
  71     put_bits(&s->pb, 1, s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I); /* freeze picture release on/off */
  72
  73     format = ff_h261_get_picture_format(s->width, s->height);
  74
  75     put_bits(&s->pb, 1, format); /* 0 == QCIF, 1 == CIF */
  76
  77     put_bits(&s->pb, 1, 1); /* still image mode */
  78     put_bits(&s->pb, 1, 1); /* reserved */
  79
  80     put_bits(&s->pb, 1, 0); /* no PEI */
  81     if (format == 0)
  82         h->gob_number = -1;
  83     else
  84         h->gob_number = 0;
  85     s->mb_skip_run = 0;
  86 }
  87
  88 /**
  89  * Encode a group of blocks header.
  90  */
  91 static void h261_encode_gob_header(MpegEncContext *s, int mb_line)
  92 {
  93     H261Context *h = (H261Context *)s;
  94     if (ff_h261_get_picture_format(s->width, s->height) == 0) {
  95         h->gob_number += 2; // QCIF
  96     } else {
  97         h->gob_number++;    // CIF
  98     }
  99     put_bits(&s->pb, 16, 1);            /* GBSC */
 100     put_bits(&s->pb, 4, h->gob_number); /* GN */
 101     put_bits(&s->pb, 5, s->qscale);     /* GQUANT */
 102     put_bits(&s->pb, 1, 0);             /* no GEI */
 103     s->mb_skip_run = 0;
 104     s->last_mv[0][0][0] = 0;
 105     s->last_mv[0][0][1] = 0;
 106 }
 107
 108 void ff_h261_reorder_mb_index(MpegEncContext *s)
 109 {
 110     int index = s->mb_x + s->mb_y * s->mb_width;
 111
 112     if (index % 11 == 0) {
 113         if (index % 33 == 0)
 114             h261_encode_gob_header(s, 0);
 115         s->last_mv[0][0][0] = 0;
 116         s->last_mv[0][0][1] = 0;
 117     }
 118
 119     /* for CIF the GOB's are fragmented in the middle of a scanline
 120      * that's why we need to adjust the x and y index of the macroblocks */
 121     if (ff_h261_get_picture_format(s->width, s->height) == 1) { // CIF
 122         s->mb_x  = index % 11;
 123         index   /= 11;
 124         s->mb_y  = index % 3;
 125         index   /= 3;
 126         s->mb_x += 11 * (index % 2);
 127         index   /= 2;
 128         s->mb_y += 3 * index;
 129
 130         ff_init_block_index(s);
 131         ff_update_block_index(s);
 132     }
 133 }
 134
 135 static void h261_encode_motion(H261Context *h, int val)
 136 {
 137     MpegEncContext *const s = &h->s;
 138     int sign, code;
 139     if (val == 0) {
 140         code = 0;
 141         put_bits(&s->pb, ff_h261_mv_tab[code][1], ff_h261_mv_tab[code][0]);
 142     } else {
 143         if (val > 15)
 144             val -= 32;
 145         if (val < -16)
 146             val += 32;
 147         sign = val < 0;
 148         code = sign ? -val : val;
 149         put_bits(&s->pb, ff_h261_mv_tab[code][1], ff_h261_mv_tab[code][0]);
 150         put_bits(&s->pb, 1, sign);
 151     }
 152 }
 153
 154 static inline int get_cbp(MpegEncContext *s, int16_t block[6][64])
 155 {
 156     int i, cbp;
 157     cbp = 0;
 158     for (i = 0; i < 6; i++)
 159         if (s->block_last_index[i] >= 0)
 160             cbp |= 1 << (5 - i);
 161     return cbp;
 162 }
 163
 164 /**
 165  * Encode an 8x8 block.
 166  * @param block the 8x8 block
 167  * @param n block index (0-3 are luma, 4-5 are chroma)
 168  */
 169 static void h261_encode_block(H261Context *h, int16_t *block, int n)
 170 {
 171     MpegEncContext *const s = &h->s;
 172     int level, run, i, j, last_index, last_non_zero, sign, slevel, code;
 173     RLTable *rl;
 174
 175     rl = &ff_h261_rl_tcoeff;
 176     if (s->mb_intra) {
 177         /* DC coef */
 178         level = block[0];
 179         /* 255 cannot be represented, so we clamp */
 180         if (level > 254) {
 181             level    = 254;
 182             block[0] = 254;
 183         }
 184         /* 0 cannot be represented also */
 185         else if (level < 1) {
 186             level    = 1;
 187             block[0] = 1;
 188         }
 189         if (level == 128)
 190             put_bits(&s->pb, 8, 0xff);
 191         else
 192             put_bits(&s->pb, 8, level);
 193         i = 1;
 194     } else if ((block[0] == 1 || block[0] == -1) &&
 195                (s->block_last_index[n] > -1)) {
 196         // special case
 197         put_bits(&s->pb, 2, block[0] > 0 ? 2 : 3);
 198         i = 1;
 199     } else {
 200         i = 0;
 201     }
 202
 203     /* AC coefs */
 204     last_index    = s->block_last_index[n];
 205     last_non_zero = i - 1;
 206     for (; i <= last_index; i++) {
 207         j     = s->intra_scantable.permutated[i];
 208         level = block[j];
 209         if (level) {
 210             run    = i - last_non_zero - 1;
 211             sign   = 0;
 212             slevel = level;
 213             if (level < 0) {
 214                 sign  = 1;
 215                 level = -level;
 216             }
 217             code = get_rl_index(rl, 0 /*no last in H.261, EOB is used*/,
 218                                 run, level);
 219             if (run == 0 && level < 16)
 220                 code += 1;
 221             put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[code][1], rl->table_vlc[code][0]);
 222             if (code == rl->n) {
 223                 put_bits(&s->pb, 6, run);
 224                 av_assert1(slevel != 0);
 225                 av_assert1(level <= 127);
 226                 put_sbits(&s->pb, 8, slevel);
 227             } else {
 228                 put_bits(&s->pb, 1, sign);
 229             }
 230             last_non_zero = i;
 231         }
 232     }
 233     if (last_index > -1)
 234         put_bits(&s->pb, rl->table_vlc[0][1], rl->table_vlc[0][0]); // EOB
 235 }
 236
 237 void ff_h261_encode_mb(MpegEncContext *s, int16_t block[6][64],
 238                        int motion_x, int motion_y)
 239 {
 240     H261Context *h = (H261Context *)s;
 241     int mvd, mv_diff_x, mv_diff_y, i, cbp;
 242     cbp = 63; // avoid warning
 243     mvd = 0;
 244
 245     h->mtype = 0;
 246
 247     if (!s->mb_intra) {
 248         /* compute cbp */
 249         cbp = get_cbp(s, block);
 250
 251         /* mvd indicates if this block is motion compensated */
 252         mvd = motion_x | motion_y;
 253
 254         if ((cbp | mvd) == 0) {
 255             /* skip macroblock */
 256             s->skip_count++;
 257             s->mb_skip_run++;
 258             s->last_mv[0][0][0] = 0;
 259             s->last_mv[0][0][1] = 0;
 260             s->qscale -= s->dquant;
 261             return;
 262         }
 263     }
 264
 265     /* MB is not skipped, encode MBA */
 266     put_bits(&s->pb,
 267              ff_h261_mba_bits[s->mb_skip_run],
 268              ff_h261_mba_code[s->mb_skip_run]);
 269     s->mb_skip_run = 0;
 270
 271     /* calculate MTYPE */
 272     if (!s->mb_intra) {
 273         h->mtype++;
 274
 275         if (mvd || s->loop_filter)
 276             h->mtype += 3;
 277         if (s->loop_filter)
 278             h->mtype += 3;
 279         if (cbp)
 280             h->mtype++;
 281         av_assert1(h->mtype > 1);
 282     }
 283
 284     if (s->dquant && cbp) {
 285         h->mtype++;
 286     } else
 287         s->qscale -= s->dquant;
 288
 289     put_bits(&s->pb,
 290              ff_h261_mtype_bits[h->mtype],
 291              ff_h261_mtype_code[h->mtype]);
 292
 293     h->mtype = ff_h261_mtype_map[h->mtype];
 294
 295     if (IS_QUANT(h->mtype)) {
 296         ff_set_qscale(s, s->qscale + s->dquant);
 297         put_bits(&s->pb, 5, s->qscale);
 298     }
 299
 300     if (IS_16X16(h->mtype)) {
 301         mv_diff_x       = (motion_x >> 1) - s->last_mv[0][0][0];
 302         mv_diff_y       = (motion_y >> 1) - s->last_mv[0][0][1];
 303         s->last_mv[0][0][0] = (motion_x >> 1);
 304         s->last_mv[0][0][1] = (motion_y >> 1);
 305         h261_encode_motion(h, mv_diff_x);
 306         h261_encode_motion(h, mv_diff_y);
 307     }
 308
 309     if (HAS_CBP(h->mtype)) {
 310         av_assert1(cbp > 0);
 311         put_bits(&s->pb,
 312                  ff_h261_cbp_tab[cbp - 1][1],
 313                  ff_h261_cbp_tab[cbp - 1][0]);
 314     }
 315     for (i = 0; i < 6; i++)
 316         /* encode each block */
 317         h261_encode_block(h, block[i], i);
 318
 319     if (!IS_16X16(h->mtype)) {
 320         s->last_mv[0][0][0] = 0;
 321         s->last_mv[0][0][1] = 0;
 322     }
 323 }
 324
 325 static av_cold void init_uni_h261_rl_tab(RLTable *rl, uint32_t *bits_tab,
 326                                          uint8_t *len_tab)
 327 {
 328     int slevel, run, last;
 329
 330     av_assert0(MAX_LEVEL >= 64);
 331     av_assert0(MAX_RUN   >= 63);
 332
 333     for(slevel=-64; slevel<64; slevel++){
 334         if(slevel==0) continue;
 335         for(run=0; run<64; run++){
 336             for(last=0; last<=1; last++){
 337                 const int index= UNI_ENC_INDEX(last, run, slevel+64);
 338                 int level= slevel < 0 ? -slevel : slevel;
 339                 int len, code;
 340
 341                 len_tab[index]= 100;
 342
 343                 /* ESC0 */
 344                 code= get_rl_index(rl, 0, run, level);
 345                 len=  rl->table_vlc[code][1] + 1;
 346                 if(last)
 347                     len += 2;
 348
 349                 if(code!=rl->n && len < len_tab[index]){
 350                     len_tab [index]= len;
 351                 }
 352                 /* ESC */
 353                 len = rl->table_vlc[rl->n][1];
 354                 if(last)
 355                     len += 2;
 356
 357                 if(len < len_tab[index]){
 358                     len_tab [index]= len;
 359                 }
 360             }
 361         }
 362     }
 363 }
 364
 365 av_cold void ff_h261_encode_init(MpegEncContext *s)
 366 {
 367     ff_h261_common_init();
 368
 369     s->min_qcoeff       = -127;
 370     s->max_qcoeff       = 127;
 371     s->y_dc_scale_table =
 372     s->c_dc_scale_table = ff_mpeg1_dc_scale_table;
 373     s->ac_esc_length    = 6+6+8;
 374
 375     init_uni_h261_rl_tab(&ff_h261_rl_tcoeff, NULL, uni_h261_rl_len);
 376
 377     s->intra_ac_vlc_length      = s->inter_ac_vlc_length      = uni_h261_rl_len;
 378     s->intra_ac_vlc_last_length = s->inter_ac_vlc_last_length = uni_h261_rl_len + 128*64;
 379 }
 380
 381 static const AVClass h261_class = {
 382     .class_name = "h261 encoder",
 383     .item_name  = av_default_item_name,
 384     .option     = ff_mpv_generic_options,
 385     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 386 };
 387
 388 AVCodec ff_h261_encoder = {
 389     .name           = "h261",
 390     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("H.261"),
 391     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 392     .id             = AV_CODEC_ID_H261,
 393     .priv_data_size = sizeof(H261Context),
 394     .init           = ff_mpv_encode_init,
 395     .encode2        = ff_mpv_encode_picture,
 396     .close          = ff_mpv_encode_end,
 397     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) { AV_PIX_FMT_YUV420P,
 398                                                      AV_PIX_FMT_NONE },
 399     .priv_class     = &h261_class,
 400 };