tizen/distrib/libav/libavcodec/roqvideoenc.c

   1 /*
   2  * RoQ Video Encoder.
   3  *
   4  * Copyright (C) 2007 Vitor Sessak <vitor1001@gmail.com>
   5  * Copyright (C) 2004-2007 Eric Lasota
   6  *    Based on RoQ specs (C) 2001 Tim Ferguson
   7  *
   8  * This file is part of Libav.
   9  *
  10  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  12  * License as published by the Free Software Foundation; either
  13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  14  *
  15  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  18  * Lesser General Public License for more details.
  19  *
  20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  21  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  23  */
  24
  25 /**
  26  * @file
  27  * id RoQ encoder by Vitor. Based on the Switchblade3 library and the
  28  * Switchblade3 Libav glue by Eric Lasota.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * COSTS:
  33  * Level 1:
  34  *  SKIP - 2 bits
  35  *  MOTION - 2 + 8 bits
  36  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
  37  *  SUBDIVIDE - 2 + combined subcel cost
  38  *
  39  * Level 2:
  40  *  SKIP - 2 bits
  41  *  MOTION - 2 + 8 bits
  42  *  CODEBOOK - 2 + 8 bits
  43  *  SUBDIVIDE - 2 + 4*8 bits
  44  *
  45  * Maximum cost: 138 bits per cel
  46  *
  47  * Proper evaluation requires LCD fraction comparison, which requires
  48  * Squared Error (SE) loss * savings increase
  49  *
  50  * Maximum savings increase: 136 bits
  51  * Maximum SE loss without overflow: 31580641
  52  * Components in 8x8 supercel: 192
  53  * Maximum SE precision per component: 164482
  54  *    >65025, so no truncation is needed (phew)
  55  */
  56
  57 #include <string.h>
  58
  59 #include "roqvideo.h"
  60 #include "bytestream.h"
  61 #include "elbg.h"
  62 #include "mathops.h"
  63
  64 #define CHROMA_BIAS 1
  65
  66 /**
  67  * Maximum number of generated 4x4 codebooks. Can't be 256 to workaround a
  68  * Quake 3 bug.
  69  */
  70 #define MAX_CBS_4x4 255
  71
  72 #define MAX_CBS_2x2 256 ///< Maximum number of 2x2 codebooks.
  73
  74 /* The cast is useful when multiplying it by INT_MAX */
  75 #define ROQ_LAMBDA_SCALE ((uint64_t) FF_LAMBDA_SCALE)
  76
  77 /* Macroblock support functions */
  78 static void unpack_roq_cell(roq_cell *cell, uint8_t u[4*3])
  79 {
  80     memcpy(u  , cell->y, 4);
  81     memset(u+4, cell->u, 4);
  82     memset(u+8, cell->v, 4);
  83 }
  84
  85 static void unpack_roq_qcell(uint8_t cb2[], roq_qcell *qcell, uint8_t u[4*4*3])
  86 {
  87     int i,cp;
  88     static const int offsets[4] = {0, 2, 8, 10};
  89
  90     for (cp=0; cp<3; cp++)
  91         for (i=0; i<4; i++) {
  92             u[4*4*cp + offsets[i]  ] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp  ];
  93             u[4*4*cp + offsets[i]+1] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+1];
  94             u[4*4*cp + offsets[i]+4] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+2];
  95             u[4*4*cp + offsets[i]+5] = cb2[qcell->idx[i]*2*2*3 + 4*cp+3];
  96         }
  97 }
  98
  99
 100 static void enlarge_roq_mb4(uint8_t base[3*16], uint8_t u[3*64])
 101 {
 102     int x,y,cp;
 103
 104     for(cp=0; cp<3; cp++)
 105         for(y=0; y<8; y++)
 106             for(x=0; x<8; x++)
 107                 *u++ = base[(y/2)*4 + (x/2) + 16*cp];
 108 }
 109
 110 static inline int square(int x)
 111 {
 112     return x*x;
 113 }
 114
 115 static inline int eval_sse(uint8_t *a, uint8_t *b, int count)
 116 {
 117     int diff=0;
 118
 119     while(count--)
 120         diff += square(*b++ - *a++);
 121
 122     return diff;
 123 }
 124
 125 // FIXME Could use DSPContext.sse, but it is not so speed critical (used
 126 // just for motion estimation).
 127 static int block_sse(uint8_t **buf1, uint8_t **buf2, int x1, int y1, int x2,
 128                      int y2, int *stride1, int *stride2, int size)
 129 {
 130     int i, k;
 131     int sse=0;
 132
 133     for (k=0; k<3; k++) {
 134         int bias = (k ? CHROMA_BIAS : 4);
 135         for (i=0; i<size; i++)
 136             sse += bias*eval_sse(buf1[k] + (y1+i)*stride1[k] + x1,
 137                                  buf2[k] + (y2+i)*stride2[k] + x2, size);
 138     }
 139
 140     return sse;
 141 }
 142
 143 static int eval_motion_dist(RoqContext *enc, int x, int y, motion_vect vect,
 144                              int size)
 145 {
 146     int mx=vect.d[0];
 147     int my=vect.d[1];
 148
 149     if (mx < -7 || mx > 7)
 150         return INT_MAX;
 151
 152     if (my < -7 || my > 7)
 153         return INT_MAX;
 154
 155     mx += x;
 156     my += y;
 157
 158     if ((unsigned) mx > enc->width-size || (unsigned) my > enc->height-size)
 159         return INT_MAX;
 160
 161     return block_sse(enc->frame_to_enc->data, enc->last_frame->data, x, y,
 162                      mx, my,
 163                      enc->frame_to_enc->linesize, enc->last_frame->linesize,
 164                      size);
 165 }
 166
 167 /**
 168  * @return distortion between two macroblocks
 169  */
 170 static inline int squared_diff_macroblock(uint8_t a[], uint8_t b[], int size)
 171 {
 172     int cp, sdiff=0;
 173
 174     for(cp=0;cp<3;cp++) {
 175         int bias = (cp ? CHROMA_BIAS : 4);
 176         sdiff += bias*eval_sse(a, b, size*size);
 177         a += size*size;
 178         b += size*size;
 179     }
 180
 181     return sdiff;
 182 }
 183
 184 typedef struct
 185 {
 186     int eval_dist[4];
 187     int best_bit_use;
 188     int best_coding;
 189
 190     int subCels[4];
 191     motion_vect motion;
 192     int cbEntry;
 193 } SubcelEvaluation;
 194
 195 typedef struct
 196 {
 197     int eval_dist[4];
 198     int best_coding;
 199
 200     SubcelEvaluation subCels[4];
 201
 202     motion_vect motion;
 203     int cbEntry;
 204
 205     int sourceX, sourceY;
 206 } CelEvaluation;
 207
 208 typedef struct
 209 {
 210     int numCB4;
 211     int numCB2;
 212     int usedCB2[MAX_CBS_2x2];
 213     int usedCB4[MAX_CBS_4x4];
 214     uint8_t unpacked_cb2[MAX_CBS_2x2*2*2*3];
 215     uint8_t unpacked_cb4[MAX_CBS_4x4*4*4*3];
 216     uint8_t unpacked_cb4_enlarged[MAX_CBS_4x4*8*8*3];
 217 } RoqCodebooks;
 218
 219 /**
 220  * Temporary vars
 221  */
 222 typedef struct RoqTempData
 223 {
 224     CelEvaluation *cel_evals;
 225
 226     int f2i4[MAX_CBS_4x4];
 227     int i2f4[MAX_CBS_4x4];
 228     int f2i2[MAX_CBS_2x2];
 229     int i2f2[MAX_CBS_2x2];
 230
 231     int mainChunkSize;
 232
 233     int numCB4;
 234     int numCB2;
 235
 236     RoqCodebooks codebooks;
 237
 238     int *closest_cb2;
 239     int used_option[4];
 240 } RoqTempdata;
 241
 242 /**
 243  * Initialize cel evaluators and set their source coordinates
 244  */
 245 static void create_cel_evals(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 246 {
 247     int n=0, x, y, i;
 248
 249     tempData->cel_evals = av_malloc(enc->width*enc->height/64 * sizeof(CelEvaluation));
 250
 251     /* Map to the ROQ quadtree order */
 252     for (y=0; y<enc->height; y+=16)
 253         for (x=0; x<enc->width; x+=16)
 254             for(i=0; i<4; i++) {
 255                 tempData->cel_evals[n  ].sourceX = x + (i&1)*8;
 256                 tempData->cel_evals[n++].sourceY = y + (i&2)*4;
 257             }
 258 }
 259
 260 /**
 261  * Get macroblocks from parts of the image
 262  */
 263 static void get_frame_mb(AVFrame *frame, int x, int y, uint8_t mb[], int dim)
 264 {
 265     int i, j, cp;
 266
 267     for (cp=0; cp<3; cp++) {
 268         int stride = frame->linesize[cp];
 269         for (i=0; i<dim; i++)
 270             for (j=0; j<dim; j++)
 271                 *mb++ = frame->data[cp][(y+i)*stride + x + j];
 272     }
 273 }
 274
 275 /**
 276  * Find the codebook with the lowest distortion from an image
 277  */
 278 static int index_mb(uint8_t cluster[], uint8_t cb[], int numCB,
 279                     int *outIndex, int dim)
 280 {
 281     int i, lDiff = INT_MAX, pick=0;
 282
 283     /* Diff against the others */
 284     for (i=0; i<numCB; i++) {
 285         int diff = squared_diff_macroblock(cluster, cb + i*dim*dim*3, dim);
 286         if (diff < lDiff) {
 287             lDiff = diff;
 288             pick = i;
 289         }
 290     }
 291
 292     *outIndex = pick;
 293     return lDiff;
 294 }
 295
 296 #define EVAL_MOTION(MOTION) \
 297     do { \
 298         diff = eval_motion_dist(enc, j, i, MOTION, blocksize); \
 299             \
 300         if (diff < lowestdiff) { \
 301             lowestdiff = diff; \
 302             bestpick = MOTION; \
 303         } \
 304     } while(0)
 305
 306 static void motion_search(RoqContext *enc, int blocksize)
 307 {
 308     static const motion_vect offsets[8] = {
 309         {{ 0,-1}},
 310         {{ 0, 1}},
 311         {{-1, 0}},
 312         {{ 1, 0}},
 313         {{-1, 1}},
 314         {{ 1,-1}},
 315         {{-1,-1}},
 316         {{ 1, 1}},
 317     };
 318
 319     int diff, lowestdiff, oldbest;
 320     int off[3];
 321     motion_vect bestpick = {{0,0}};
 322     int i, j, k, offset;
 323
 324     motion_vect *last_motion;
 325     motion_vect *this_motion;
 326     motion_vect vect, vect2;
 327
 328     int max=(enc->width/blocksize)*enc->height/blocksize;
 329
 330     if (blocksize == 4) {
 331         last_motion = enc->last_motion4;
 332         this_motion = enc->this_motion4;
 333     } else {
 334         last_motion = enc->last_motion8;
 335         this_motion = enc->this_motion8;
 336     }
 337
 338     for (i=0; i<enc->height; i+=blocksize)
 339         for (j=0; j<enc->width; j+=blocksize) {
 340             lowestdiff = eval_motion_dist(enc, j, i, (motion_vect) {{0,0}},
 341                                           blocksize);
 342             bestpick.d[0] = 0;
 343             bestpick.d[1] = 0;
 344
 345             if (blocksize == 4)
 346                 EVAL_MOTION(enc->this_motion8[(i/8)*(enc->width/8) + j/8]);
 347
 348             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 349             if (offset < max && offset >= 0)
 350                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 351
 352             offset++;
 353             if (offset < max && offset >= 0)
 354                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 355
 356             offset = (i/blocksize + 1)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 357             if (offset < max && offset >= 0)
 358                 EVAL_MOTION(last_motion[offset]);
 359
 360             off[0]= (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize - 1;
 361             off[1]= off[0] - enc->width/blocksize + 1;
 362             off[2]= off[1] + 1;
 363
 364             if (i) {
 365
 366                 for(k=0; k<2; k++)
 367                     vect.d[k]= mid_pred(this_motion[off[0]].d[k],
 368                                         this_motion[off[1]].d[k],
 369                                         this_motion[off[2]].d[k]);
 370
 371                 EVAL_MOTION(vect);
 372                 for(k=0; k<3; k++)
 373                     EVAL_MOTION(this_motion[off[k]]);
 374             } else if(j)
 375                 EVAL_MOTION(this_motion[off[0]]);
 376
 377             vect = bestpick;
 378
 379             oldbest = -1;
 380             while (oldbest != lowestdiff) {
 381                 oldbest = lowestdiff;
 382                 for (k=0; k<8; k++) {
 383                     vect2 = vect;
 384                     vect2.d[0] += offsets[k].d[0];
 385                     vect2.d[1] += offsets[k].d[1];
 386                     EVAL_MOTION(vect2);
 387                 }
 388                 vect = bestpick;
 389             }
 390             offset = (i/blocksize)*enc->width/blocksize + j/blocksize;
 391             this_motion[offset] = bestpick;
 392         }
 393 }
 394
 395 /**
 396  * Get distortion for all options available to a subcel
 397  */
 398 static void gather_data_for_subcel(SubcelEvaluation *subcel, int x,
 399                                    int y, RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 400 {
 401     uint8_t mb4[4*4*3];
 402     uint8_t mb2[2*2*3];
 403     int cluster_index;
 404     int i, best_dist;
 405
 406     static const int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 34};
 407
 408     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 409         subcel->motion = enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4];
 410
 411         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 412             eval_motion_dist(enc, x, y,
 413                              enc->this_motion4[y*enc->width/16 + x/4], 4);
 414     } else
 415         subcel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 416
 417     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 418         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 419                                                   enc->current_frame->data, x,
 420                                                   y, x, y,
 421                                                   enc->frame_to_enc->linesize,
 422                                                   enc->current_frame->linesize,
 423                                                   4);
 424     else
 425         subcel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 426
 427     cluster_index = y*enc->width/16 + x/4;
 428
 429     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x, y, mb4, 4);
 430
 431     subcel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] = index_mb(mb4,
 432                                              tempData->codebooks.unpacked_cb4,
 433                                              tempData->codebooks.numCB4,
 434                                              &subcel->cbEntry, 4);
 435
 436     subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 437
 438     for(i=0;i<4;i++) {
 439         subcel->subCels[i] = tempData->closest_cb2[cluster_index*4+i];
 440
 441         get_frame_mb(enc->frame_to_enc, x+2*(i&1),
 442                      y+(i&2), mb2, 2);
 443
 444         subcel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 445             squared_diff_macroblock(tempData->codebooks.unpacked_cb2 + subcel->subCels[i]*2*2*3, mb2, 2);
 446     }
 447
 448     best_dist = INT_MAX;
 449     for (i=0; i<4; i++)
 450         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 451             best_dist) {
 452             subcel->best_coding = i;
 453             subcel->best_bit_use = bitsUsed[i];
 454             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*subcel->eval_dist[i] +
 455                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 456         }
 457 }
 458
 459 /**
 460  * Get distortion for all options available to a cel
 461  */
 462 static void gather_data_for_cel(CelEvaluation *cel, RoqContext *enc,
 463                                 RoqTempdata *tempData)
 464 {
 465     uint8_t mb8[8*8*3];
 466     int index = cel->sourceY*enc->width/64 + cel->sourceX/8;
 467     int i, j, best_dist, divide_bit_use;
 468
 469     int bitsUsed[4] = {2, 10, 10, 0};
 470
 471     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 472         cel->motion = enc->this_motion8[index];
 473
 474         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] =
 475             eval_motion_dist(enc, cel->sourceX, cel->sourceY,
 476                              enc->this_motion8[index], 8);
 477     } else
 478         cel->eval_dist[RoQ_ID_FCC] = INT_MAX;
 479
 480     if (enc->framesSinceKeyframe >= 2)
 481         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = block_sse(enc->frame_to_enc->data,
 482                                                enc->current_frame->data,
 483                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 484                                                cel->sourceX, cel->sourceY,
 485                                                enc->frame_to_enc->linesize,
 486                                                enc->current_frame->linesize,8);
 487     else
 488         cel->eval_dist[RoQ_ID_MOT] = INT_MAX;
 489
 490     get_frame_mb(enc->frame_to_enc, cel->sourceX, cel->sourceY, mb8, 8);
 491
 492     cel->eval_dist[RoQ_ID_SLD] =
 493         index_mb(mb8, tempData->codebooks.unpacked_cb4_enlarged,
 494                  tempData->codebooks.numCB4, &cel->cbEntry, 8);
 495
 496     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 0, cel->sourceX+0, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 497     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 1, cel->sourceX+4, cel->sourceY+0, enc, tempData);
 498     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 2, cel->sourceX+0, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 499     gather_data_for_subcel(cel->subCels + 3, cel->sourceX+4, cel->sourceY+4, enc, tempData);
 500
 501     cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] = 0;
 502     divide_bit_use = 0;
 503     for (i=0; i<4; i++) {
 504         cel->eval_dist[RoQ_ID_CCC] +=
 505             cel->subCels[i].eval_dist[cel->subCels[i].best_coding];
 506         divide_bit_use += cel->subCels[i].best_bit_use;
 507     }
 508
 509     best_dist = INT_MAX;
 510     bitsUsed[3] = 2 + divide_bit_use;
 511
 512     for (i=0; i<4; i++)
 513         if (ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] + enc->lambda*bitsUsed[i] <
 514             best_dist) {
 515             cel->best_coding = i;
 516             best_dist = ROQ_LAMBDA_SCALE*cel->eval_dist[i] +
 517                 enc->lambda*bitsUsed[i];
 518         }
 519
 520     tempData->used_option[cel->best_coding]++;
 521     tempData->mainChunkSize += bitsUsed[cel->best_coding];
 522
 523     if (cel->best_coding == RoQ_ID_SLD)
 524         tempData->codebooks.usedCB4[cel->cbEntry]++;
 525
 526     if (cel->best_coding == RoQ_ID_CCC)
 527         for (i=0; i<4; i++) {
 528             if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_SLD)
 529                 tempData->codebooks.usedCB4[cel->subCels[i].cbEntry]++;
 530             else if (cel->subCels[i].best_coding == RoQ_ID_CCC)
 531                 for (j=0; j<4; j++)
 532                     tempData->codebooks.usedCB2[cel->subCels[i].subCels[j]]++;
 533         }
 534 }
 535
 536 static void remap_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 537 {
 538     int i, j, idx=0;
 539
 540     /* Make remaps for the final codebook usage */
 541     for (i=0; i<MAX_CBS_4x4; i++) {
 542         if (tempData->codebooks.usedCB4[i]) {
 543             tempData->i2f4[i] = idx;
 544             tempData->f2i4[idx] = i;
 545             for (j=0; j<4; j++)
 546                 tempData->codebooks.usedCB2[enc->cb4x4[i].idx[j]]++;
 547             idx++;
 548         }
 549     }
 550
 551     tempData->numCB4 = idx;
 552
 553     idx = 0;
 554     for (i=0; i<MAX_CBS_2x2; i++) {
 555         if (tempData->codebooks.usedCB2[i]) {
 556             tempData->i2f2[i] = idx;
 557             tempData->f2i2[idx] = i;
 558             idx++;
 559         }
 560     }
 561     tempData->numCB2 = idx;
 562
 563 }
 564
 565 /**
 566  * Write codebook chunk
 567  */
 568 static void write_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 569 {
 570     int i, j;
 571     uint8_t **outp= &enc->out_buf;
 572
 573     if (tempData->numCB2) {
 574         bytestream_put_le16(outp, RoQ_QUAD_CODEBOOK);
 575         bytestream_put_le32(outp, tempData->numCB2*6 + tempData->numCB4*4);
 576         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB4);
 577         bytestream_put_byte(outp, tempData->numCB2);
 578
 579         for (i=0; i<tempData->numCB2; i++) {
 580             bytestream_put_buffer(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].y, 4);
 581             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].u);
 582             bytestream_put_byte(outp, enc->cb2x2[tempData->f2i2[i]].v);
 583         }
 584
 585         for (i=0; i<tempData->numCB4; i++)
 586             for (j=0; j<4; j++)
 587                 bytestream_put_byte(outp, tempData->i2f2[enc->cb4x4[tempData->f2i4[i]].idx[j]]);
 588
 589     }
 590 }
 591
 592 static inline uint8_t motion_arg(motion_vect mot)
 593 {
 594     uint8_t ax = 8 - ((uint8_t) mot.d[0]);
 595     uint8_t ay = 8 - ((uint8_t) mot.d[1]);
 596     return ((ax&15)<<4) | (ay&15);
 597 }
 598
 599 typedef struct
 600 {
 601     int typeSpool;
 602     int typeSpoolLength;
 603     uint8_t argumentSpool[64];
 604     uint8_t *args;
 605     uint8_t **pout;
 606 } CodingSpool;
 607
 608 /* NOTE: Typecodes must be spooled AFTER arguments!! */
 609 static void write_typecode(CodingSpool *s, uint8_t type)
 610 {
 611     s->typeSpool |= (type & 3) << (14 - s->typeSpoolLength);
 612     s->typeSpoolLength += 2;
 613     if (s->typeSpoolLength == 16) {
 614         bytestream_put_le16(s->pout, s->typeSpool);
 615         bytestream_put_buffer(s->pout, s->argumentSpool,
 616                               s->args - s->argumentSpool);
 617         s->typeSpoolLength = 0;
 618         s->typeSpool = 0;
 619         s->args = s->argumentSpool;
 620     }
 621 }
 622
 623 static void reconstruct_and_encode_image(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData, int w, int h, int numBlocks)
 624 {
 625     int i, j, k;
 626     int x, y;
 627     int subX, subY;
 628     int dist=0;
 629
 630     roq_qcell *qcell;
 631     CelEvaluation *eval;
 632
 633     CodingSpool spool;
 634
 635     spool.typeSpool=0;
 636     spool.typeSpoolLength=0;
 637     spool.args = spool.argumentSpool;
 638     spool.pout = &enc->out_buf;
 639
 640     if (tempData->used_option[RoQ_ID_CCC]%2)
 641         tempData->mainChunkSize+=8; //FIXME
 642
 643     /* Write the video chunk header */
 644     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_QUAD_VQ);
 645     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, tempData->mainChunkSize/8);
 646     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 647     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x0);
 648
 649     for (i=0; i<numBlocks; i++) {
 650         eval = tempData->cel_evals + i;
 651
 652         x = eval->sourceX;
 653         y = eval->sourceY;
 654         dist += eval->eval_dist[eval->best_coding];
 655
 656         switch (eval->best_coding) {
 657         case RoQ_ID_MOT:
 658             write_typecode(&spool, RoQ_ID_MOT);
 659             break;
 660
 661         case RoQ_ID_FCC:
 662             bytestream_put_byte(&spool.args, motion_arg(eval->motion));
 663
 664             write_typecode(&spool, RoQ_ID_FCC);
 665             ff_apply_motion_8x8(enc, x, y,
 666                                 eval->motion.d[0], eval->motion.d[1]);
 667             break;
 668
 669         case RoQ_ID_SLD:
 670             bytestream_put_byte(&spool.args, tempData->i2f4[eval->cbEntry]);
 671             write_typecode(&spool, RoQ_ID_SLD);
 672
 673             qcell = enc->cb4x4 + eval->cbEntry;
 674             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 675             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y  , enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 676             ff_apply_vector_4x4(enc, x  , y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 677             ff_apply_vector_4x4(enc, x+4, y+4, enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 678             break;
 679
 680         case RoQ_ID_CCC:
 681             write_typecode(&spool, RoQ_ID_CCC);
 682
 683             for (j=0; j<4; j++) {
 684                 subX = x + 4*(j&1);
 685                 subY = y + 2*(j&2);
 686
 687                 switch(eval->subCels[j].best_coding) {
 688                 case RoQ_ID_MOT:
 689                     break;
 690
 691                 case RoQ_ID_FCC:
 692                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 693                                         motion_arg(eval->subCels[j].motion));
 694
 695                     ff_apply_motion_4x4(enc, subX, subY,
 696                                         eval->subCels[j].motion.d[0],
 697                                         eval->subCels[j].motion.d[1]);
 698                     break;
 699
 700                 case RoQ_ID_SLD:
 701                     bytestream_put_byte(&spool.args,
 702                                         tempData->i2f4[eval->subCels[j].cbEntry]);
 703
 704                     qcell = enc->cb4x4 + eval->subCels[j].cbEntry;
 705
 706                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY  ,
 707                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[0]);
 708                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY  ,
 709                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[1]);
 710                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX  , subY+2,
 711                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[2]);
 712                     ff_apply_vector_2x2(enc, subX+2, subY+2,
 713                                         enc->cb2x2 + qcell->idx[3]);
 714                     break;
 715
 716                 case RoQ_ID_CCC:
 717                     for (k=0; k<4; k++) {
 718                         int cb_idx = eval->subCels[j].subCels[k];
 719                         bytestream_put_byte(&spool.args,
 720                                             tempData->i2f2[cb_idx]);
 721
 722                         ff_apply_vector_2x2(enc, subX + 2*(k&1), subY + (k&2),
 723                                             enc->cb2x2 + cb_idx);
 724                     }
 725                     break;
 726                 }
 727                 write_typecode(&spool, eval->subCels[j].best_coding);
 728             }
 729             break;
 730         }
 731     }
 732
 733     /* Flush the remainder of the argument/type spool */
 734     while (spool.typeSpoolLength)
 735         write_typecode(&spool, 0x0);
 736
 737 #if 0
 738     uint8_t *fdata[3] = {enc->frame_to_enc->data[0],
 739                            enc->frame_to_enc->data[1],
 740                            enc->frame_to_enc->data[2]};
 741     uint8_t *cdata[3] = {enc->current_frame->data[0],
 742                            enc->current_frame->data[1],
 743                            enc->current_frame->data[2]};
 744     av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR, "Expected distortion: %i Actual: %i\n",
 745            dist,
 746            block_sse(fdata, cdata, 0, 0, 0, 0,
 747                      enc->frame_to_enc->linesize,
 748                      enc->current_frame->linesize,
 749                      enc->width));  //WARNING: Square dimensions implied...
 750 #endif
 751 }
 752
 753
 754 /**
 755  * Create a single YUV cell from a 2x2 section of the image
 756  */
 757 static inline void frame_block_to_cell(uint8_t *block, uint8_t **data,
 758                                        int top, int left, int *stride)
 759 {
 760     int i, j, u=0, v=0;
 761
 762     for (i=0; i<2; i++)
 763         for (j=0; j<2; j++) {
 764             int x = (top+i)*stride[0] + left + j;
 765             *block++ = data[0][x];
 766             x = (top+i)*stride[1] + left + j;
 767             u       += data[1][x];
 768             v       += data[2][x];
 769         }
 770
 771     *block++ = (u+2)/4;
 772     *block++ = (v+2)/4;
 773 }
 774
 775 /**
 776  * Create YUV clusters for the entire image
 777  */
 778 static void create_clusters(AVFrame *frame, int w, int h, uint8_t *yuvClusters)
 779 {
 780     int i, j, k, l;
 781
 782     for (i=0; i<h; i+=4)
 783         for (j=0; j<w; j+=4) {
 784             for (k=0; k < 2; k++)
 785                 for (l=0; l < 2; l++)
 786                     frame_block_to_cell(yuvClusters + (l + 2*k)*6, frame->data,
 787                                         i+2*k, j+2*l, frame->linesize);
 788             yuvClusters += 24;
 789         }
 790 }
 791
 792 static void generate_codebook(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempdata,
 793                               int *points, int inputCount, roq_cell *results,
 794                               int size, int cbsize)
 795 {
 796     int i, j, k;
 797     int c_size = size*size/4;
 798     int *buf;
 799     int *codebook = av_malloc(6*c_size*cbsize*sizeof(int));
 800     int *closest_cb;
 801
 802     if (size == 4)
 803         closest_cb = av_malloc(6*c_size*inputCount*sizeof(int));
 804     else
 805         closest_cb = tempdata->closest_cb2;
 806
 807     ff_init_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 808     ff_do_elbg(points, 6*c_size, inputCount, codebook, cbsize, 1, closest_cb, &enc->randctx);
 809
 810     if (size == 4)
 811         av_free(closest_cb);
 812
 813     buf = codebook;
 814     for (i=0; i<cbsize; i++)
 815         for (k=0; k<c_size; k++) {
 816             for(j=0; j<4; j++)
 817                 results->y[j] = *buf++;
 818
 819             results->u =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 820             results->v =    (*buf++ + CHROMA_BIAS/2)/CHROMA_BIAS;
 821             results++;
 822         }
 823
 824     av_free(codebook);
 825 }
 826
 827 static void generate_new_codebooks(RoqContext *enc, RoqTempdata *tempData)
 828 {
 829     int i,j;
 830     RoqCodebooks *codebooks = &tempData->codebooks;
 831     int max = enc->width*enc->height/16;
 832     uint8_t mb2[3*4];
 833     roq_cell *results4 = av_malloc(sizeof(roq_cell)*MAX_CBS_4x4*4);
 834     uint8_t *yuvClusters=av_malloc(sizeof(int)*max*6*4);
 835     int *points = av_malloc(max*6*4*sizeof(int));
 836     int bias;
 837
 838     /* Subsample YUV data */
 839     create_clusters(enc->frame_to_enc, enc->width, enc->height, yuvClusters);
 840
 841     /* Cast to integer and apply chroma bias */
 842     for (i=0; i<max*24; i++) {
 843         bias = ((i%6)<4) ? 1 : CHROMA_BIAS;
 844         points[i] = bias*yuvClusters[i];
 845     }
 846
 847     /* Create 4x4 codebooks */
 848     generate_codebook(enc, tempData, points, max, results4, 4, MAX_CBS_4x4);
 849
 850     codebooks->numCB4 = MAX_CBS_4x4;
 851
 852     tempData->closest_cb2 = av_malloc(max*4*sizeof(int));
 853
 854     /* Create 2x2 codebooks */
 855     generate_codebook(enc, tempData, points, max*4, enc->cb2x2, 2, MAX_CBS_2x2);
 856
 857     codebooks->numCB2 = MAX_CBS_2x2;
 858
 859     /* Unpack 2x2 codebook clusters */
 860     for (i=0; i<codebooks->numCB2; i++)
 861         unpack_roq_cell(enc->cb2x2 + i, codebooks->unpacked_cb2 + i*2*2*3);
 862
 863     /* Index all 4x4 entries to the 2x2 entries, unpack, and enlarge */
 864     for (i=0; i<codebooks->numCB4; i++) {
 865         for (j=0; j<4; j++) {
 866             unpack_roq_cell(&results4[4*i + j], mb2);
 867             index_mb(mb2, codebooks->unpacked_cb2, codebooks->numCB2,
 868                      &enc->cb4x4[i].idx[j], 2);
 869         }
 870         unpack_roq_qcell(codebooks->unpacked_cb2, enc->cb4x4 + i,
 871                          codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3);
 872         enlarge_roq_mb4(codebooks->unpacked_cb4 + i*4*4*3,
 873                         codebooks->unpacked_cb4_enlarged + i*8*8*3);
 874     }
 875
 876     av_free(yuvClusters);
 877     av_free(points);
 878     av_free(results4);
 879 }
 880
 881 static void roq_encode_video(RoqContext *enc)
 882 {
 883     RoqTempdata *tempData = enc->tmpData;
 884     int i;
 885
 886     memset(tempData, 0, sizeof(*tempData));
 887
 888     create_cel_evals(enc, tempData);
 889
 890     generate_new_codebooks(enc, tempData);
 891
 892     if (enc->framesSinceKeyframe >= 1) {
 893         motion_search(enc, 8);
 894         motion_search(enc, 4);
 895     }
 896
 897  retry_encode:
 898     for (i=0; i<enc->width*enc->height/64; i++)
 899         gather_data_for_cel(tempData->cel_evals + i, enc, tempData);
 900
 901     /* Quake 3 can't handle chunks bigger than 65535 bytes */
 902     if (tempData->mainChunkSize/8 > 65535) {
 903         av_log(enc->avctx, AV_LOG_ERROR,
 904                "Warning, generated a frame too big (%d > 65535), "
 905                "try using a smaller qscale value.\n",
 906                tempData->mainChunkSize/8);
 907         enc->lambda *= 1.5;
 908         tempData->mainChunkSize = 0;
 909         memset(tempData->used_option, 0, sizeof(tempData->used_option));
 910         memset(tempData->codebooks.usedCB4, 0,
 911                sizeof(tempData->codebooks.usedCB4));
 912         memset(tempData->codebooks.usedCB2, 0,
 913                sizeof(tempData->codebooks.usedCB2));
 914
 915         goto retry_encode;
 916     }
 917
 918     remap_codebooks(enc, tempData);
 919
 920     write_codebooks(enc, tempData);
 921
 922     reconstruct_and_encode_image(enc, tempData, enc->width, enc->height,
 923                                  enc->width*enc->height/64);
 924
 925     enc->avctx->coded_frame = enc->current_frame;
 926
 927     /* Rotate frame history */
 928     FFSWAP(AVFrame *, enc->current_frame, enc->last_frame);
 929     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion4, enc->this_motion4);
 930     FFSWAP(motion_vect *, enc->last_motion8, enc->this_motion8);
 931
 932     av_free(tempData->cel_evals);
 933     av_free(tempData->closest_cb2);
 934
 935     enc->framesSinceKeyframe++;
 936 }
 937
 938 static int roq_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 939 {
 940     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
 941
 942     av_lfg_init(&enc->randctx, 1);
 943
 944     enc->framesSinceKeyframe = 0;
 945     if ((avctx->width & 0xf) || (avctx->height & 0xf)) {
 946         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Dimensions must be divisible by 16\n");
 947         return -1;
 948     }
 949
 950     if (((avctx->width)&(avctx->width-1))||((avctx->height)&(avctx->height-1)))
 951         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Warning: dimensions not power of two\n");
 952
 953     enc->width = avctx->width;
 954     enc->height = avctx->height;
 955
 956     enc->framesSinceKeyframe = 0;
 957     enc->first_frame = 1;
 958
 959     enc->last_frame    = &enc->frames[0];
 960     enc->current_frame = &enc->frames[1];
 961
 962     enc->tmpData      = av_malloc(sizeof(RoqTempdata));
 963
 964     enc->this_motion4 =
 965         av_mallocz((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
 966
 967     enc->last_motion4 =
 968         av_malloc ((enc->width*enc->height/16)*sizeof(motion_vect));
 969
 970     enc->this_motion8 =
 971         av_mallocz((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
 972
 973     enc->last_motion8 =
 974         av_malloc ((enc->width*enc->height/64)*sizeof(motion_vect));
 975
 976     return 0;
 977 }
 978
 979 static void roq_write_video_info_chunk(RoqContext *enc)
 980 {
 981     /* ROQ info chunk */
 982     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, RoQ_INFO);
 983
 984     /* Size: 8 bytes */
 985     bytestream_put_le32(&enc->out_buf, 8);
 986
 987     /* Unused argument */
 988     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
 989     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
 990
 991     /* Width */
 992     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->width);
 993
 994     /* Height */
 995     bytestream_put_le16(&enc->out_buf, enc->height);
 996
 997     /* Unused in Quake 3, mimics the output of the real encoder */
 998     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x08);
 999     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1000     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x04);
1001     bytestream_put_byte(&enc->out_buf, 0x00);
1002 }
1003
1004 static int roq_encode_frame(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
1005 {
1006     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1007     AVFrame *frame= data;
1008     uint8_t *buf_start = buf;
1009
1010     enc->out_buf = buf;
1011     enc->avctx = avctx;
1012
1013     enc->frame_to_enc = frame;
1014
1015     if (frame->quality)
1016         enc->lambda = frame->quality - 1;
1017     else
1018         enc->lambda = 2*ROQ_LAMBDA_SCALE;
1019
1020     /* 138 bits max per 8x8 block +
1021      *     256 codebooks*(6 bytes 2x2 + 4 bytes 4x4) + 8 bytes frame header */
1022     if (((enc->width*enc->height/64)*138+7)/8 + 256*(6+4) + 8 > buf_size) {
1023         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: Output buffer too small!\n");
1024         return -1;
1025     }
1026
1027     /* Check for I frame */
1028     if (enc->framesSinceKeyframe == avctx->gop_size)
1029         enc->framesSinceKeyframe = 0;
1030
1031     if (enc->first_frame) {
1032         /* Alloc memory for the reconstruction data (we must know the stride
1033          for that) */
1034         if (avctx->get_buffer(avctx, enc->current_frame) ||
1035             avctx->get_buffer(avctx, enc->last_frame)) {
1036             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  RoQ: get_buffer() failed\n");
1037             return -1;
1038         }
1039
1040         /* Before the first video frame, write a "video info" chunk */
1041         roq_write_video_info_chunk(enc);
1042
1043         enc->first_frame = 0;
1044     }
1045
1046     /* Encode the actual frame */
1047     roq_encode_video(enc);
1048
1049     return enc->out_buf - buf_start;
1050 }
1051
1052 static int roq_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1053 {
1054     RoqContext *enc = avctx->priv_data;
1055
1056     avctx->release_buffer(avctx, enc->last_frame);
1057     avctx->release_buffer(avctx, enc->current_frame);
1058
1059     av_free(enc->tmpData);
1060     av_free(enc->this_motion4);
1061     av_free(enc->last_motion4);
1062     av_free(enc->this_motion8);
1063     av_free(enc->last_motion8);
1064
1065     return 0;
1066 }
1067
1068 AVCodec ff_roq_encoder =
1069 {
1070     "roqvideo",
1071     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1072     CODEC_ID_ROQ,
1073     sizeof(RoqContext),
1074     roq_encode_init,
1075     roq_encode_frame,
1076     roq_encode_end,
1077     .supported_framerates = (const AVRational[]){{30,1}, {0,0}},
1078     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV444P, PIX_FMT_NONE},
1079     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("id RoQ video"),
1080 };