113e8d176c5282b23ca7fb7bacd029ec8d870f47
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhdenc.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD encoder
3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  *
5  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 //#define DEBUG
25 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
26
27 #include "avcodec.h"
28 #include "dsputil.h"
29 #include "mpegvideo.h"
30 #include "dnxhdenc.h"
31
32 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
33
34 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
35
36 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_8x4(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
37 {
38     int i;
39     for (i = 0; i < 4; i++) {
40         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
41         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
42         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
43         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
44         pixels += line_size;
45         block += 8;
46     }
47     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
48     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
49     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
50     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
51 }
52
53 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
54 {
55     int i, j, level, run;
56     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
57
58     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
59     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits , max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits ), fail);
60     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2                               , fail);
61     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits , 63                                 , fail);
62
63     ctx->vlc_codes += max_level*2;
64     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
65     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
66         for (run = 0; run < 2; run++) {
67             int index = (level<<1)|run;
68             int sign, offset = 0, alevel = level;
69
70             MASK_ABS(sign, alevel);
71             if (alevel > 64) {
72                 offset = (alevel-1)>>6;
73                 alevel -= offset<<6;
74             }
75             for (j = 0; j < 257; j++) {
76                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
77                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
78                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
79                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
80                     if (alevel) {
81                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
82                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
83                     } else {
84                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
85                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
86                     }
87                     break;
88                 }
89             }
90             assert(!alevel || j < 257);
91             if (offset) {
92                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
93                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
94             }
95         }
96     }
97     for (i = 0; i < 62; i++) {
98         int run = ctx->cid_table->run[i];
99         assert(run < 63);
100         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
101         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
102     }
103     return 0;
104  fail:
105     return -1;
106 }
107
108 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
109 {
110     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
111     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
112     int qscale, i;
113
114     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
115     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
116     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
117     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
118
119     for (i = 1; i < 64; i++) {
120         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
121         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
122     }
123     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
124                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
125     for (i = 1; i < 64; i++) {
126         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
127         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
128     }
129     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
130                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
131     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
132         for (i = 0; i < 64; i++) {
133             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
134             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
135             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
136         }
137     }
138     return 0;
139  fail:
140     return -1;
141 }
142
143 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
144 {
145     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
146     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
147         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
148
149     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
150     ctx->qscale = 1;
151     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
152     return 0;
153  fail:
154     return -1;
155 }
156
157 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
158 {
159     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
160     int i, index;
161
162     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
163     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
164         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
165         return -1;
166     }
167     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
168
169     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
170     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
171
172     ctx->m.avctx = avctx;
173     ctx->m.mb_intra = 1;
174     ctx->m.h263_aic = 1;
175
176     ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_get_pixels_8x4;
177
178     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
179     ff_dct_common_init(&ctx->m);
180 #if HAVE_MMX
181     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
182 #endif
183     if (!ctx->m.dct_quantize)
184         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
185
186     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
187     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
188
189     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
190         ctx->interlaced = 1;
191         ctx->m.mb_height /= 2;
192     }
193
194     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
195
196     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
197         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
198     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
199         return -1;
200
201     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
202         return -1;
203     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
204         return -1;
205
206     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
207     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
208     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t) , fail);
209
210     ctx->frame.key_frame = 1;
211     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
212     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
213
214     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
215         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
216         return -1;
217     }
218
219     ctx->thread[0] = ctx;
220     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
221         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
222         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
223     }
224
225     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
226         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
227         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
228     }
229
230     return 0;
231  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
232     return -1;
233 }
234
235 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
236 {
237     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
238     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
239
240     memcpy(buf, header_prefix, 5);
241     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
242     buf[6] = 0x80; // crc flag off
243     buf[7] = 0xa0; // reserved
244     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
245     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
246     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
247
248     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
249     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
250     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
251     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
252
253     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
254
255     buf[0x167] = 0x02; // reserved
256     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
257     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
258     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
259
260     ctx->msip = buf + 0x170;
261     return 0;
262 }
263
264 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
265 {
266     int nbits;
267     if (diff < 0) {
268         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
269         diff--;
270     } else {
271         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
272     }
273     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
274              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
275 }
276
277 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
278 {
279     int last_non_zero = 0;
280     int slevel, i, j;
281
282     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
283     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
284
285     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
286         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
287         slevel = block[j];
288         if (slevel) {
289             int run_level = i - last_non_zero - 1;
290             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
291             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
292             if (run_level)
293                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
294             last_non_zero = i;
295         }
296     }
297     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
298 }
299
300 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
301 {
302     const uint8_t *weight_matrix;
303     int level;
304     int i;
305
306     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
307
308     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
309         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
310         level = block[j];
311         if (level) {
312             if (level < 0) {
313                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
314                 if (weight_matrix[i] != 32)
315                     level += 32;
316                 level >>= 6;
317                 level = -level;
318             } else {
319                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
320                 if (weight_matrix[i] != 32)
321                     level += 32;
322                 level >>= 6;
323             }
324             block[j] = level;
325         }
326     }
327 }
328
329 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
330 {
331     int score = 0;
332     int i;
333     for (i = 0; i < 64; i++)
334         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
335     return score;
336 }
337
338 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
339 {
340     int last_non_zero = 0;
341     int bits = 0;
342     int i, j, level;
343     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
344         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
345         level = block[j];
346         if (level) {
347             int run_level = i - last_non_zero - 1;
348             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
349             last_non_zero = i;
350         }
351     }
352     return bits;
353 }
354
355 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
356 {
357     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
358     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
359     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
360     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
361
362     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
363     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
364     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
365     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
366
367     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
368         if (ctx->interlaced) {
369             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
370             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
371             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
372             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
373         } else {
374             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
375             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
376         }
377     } else {
378         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
379         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
380         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
381         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
382     }
383 }
384
385 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
386 {
387     if (i&2) {
388         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
389         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
390         return 1 + (i&1);
391     } else {
392         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
393         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
394         return 0;
395     }
396 }
397
398 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
399 {
400     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
401     int mb_y, mb_x;
402     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
403
404     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
405         ctx->m.last_dc[0] =
406         ctx->m.last_dc[1] =
407         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
408
409         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
410             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
411             int ssd     = 0;
412             int ac_bits = 0;
413             int dc_bits = 0;
414             int i;
415
416             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
417
418             for (i = 0; i < 8; i++) {
419                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
420                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
421                 int overflow, nbits, diff, last_index;
422                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
423
424                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
425                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
426                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
427
428                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
429                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
430                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
431                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
432
433                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
434
435                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
436                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
437                     ctx->m.dsp.idct(block);
438                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
439                 }
440             }
441             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
442             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
443         }
444     }
445     return 0;
446 }
447
448 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
449 {
450     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
451     int mb_y, mb_x;
452
453     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
454         ctx->m.last_dc[0] =
455         ctx->m.last_dc[1] =
456         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
457         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
458             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
459             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
460             int i;
461
462             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
463
464             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
465
466             for (i = 0; i < 8; i++) {
467                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
468                 int last_index, overflow;
469                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
470                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
471                 //START_TIMER;
472                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
473                 //STOP_TIMER("encode_block");
474             }
475         }
476         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
477             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
478     }
479     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
480     return 0;
481 }
482
483 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
484 {
485     int mb_y, mb_x;
486     int i, offset = 0;
487     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
488         int thread_size = 0;
489         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
490             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
491             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
492                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
493                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
494             }
495             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
496             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
497             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
498         }
499         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
500         offset += thread_size;
501     }
502 }
503
504 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
505 {
506     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
507     int mb_y, mb_x;
508     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
509         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
510             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
511             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
512             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
513             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
514             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
515             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
516         }
517     }
518     return 0;
519 }
520
521 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
522 {
523     int lambda, up_step, down_step;
524     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
525     int x, y, q;
526
527     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
528         ctx->qscale = q;
529         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
530     }
531     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
532     lambda = ctx->lambda;
533
534     for (;;) {
535         int bits = 0;
536         int end = 0;
537         if (lambda == last_higher) {
538             lambda++;
539             end = 1; // need to set final qscales/bits
540         }
541         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
542             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
543                 unsigned min = UINT_MAX;
544                 int qscale = 1;
545                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
546                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
547                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
548                     if (score < min) {
549                         min = score;
550                         qscale = q;
551                     }
552                 }
553                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
554                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
555                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
556             }
557             bits = (bits+31)&~31; // padding
558             if (bits > ctx->frame_bits)
559                 break;
560         }
561         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
562         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
563         if (end) {
564             if (bits > ctx->frame_bits)
565                 return -1;
566             break;
567         }
568         if (bits < ctx->frame_bits) {
569             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
570             if (last_higher != 0)
571                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
572             else
573                 lambda -= down_step;
574             down_step *= 5; // XXX tune ?
575             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
576             lambda = FFMAX(1, lambda);
577             if (lambda == last_lower)
578                 break;
579         } else {
580             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
581             if (last_lower != INT_MAX)
582                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
583             else
584                 lambda += up_step;
585             up_step *= 5;
586             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
587         }
588     }
589     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
590     ctx->lambda = lambda;
591     return 0;
592 }
593
594 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
595 {
596     int bits = 0;
597     int up_step = 1;
598     int down_step = 1;
599     int last_higher = 0;
600     int last_lower = INT_MAX;
601     int qscale;
602     int x, y;
603
604     qscale = ctx->qscale;
605     for (;;) {
606         bits = 0;
607         ctx->qscale = qscale;
608         // XXX avoid recalculating bits
609         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count, sizeof(void*));
610         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
611             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
612                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
613             bits = (bits+31)&~31; // padding
614             if (bits > ctx->frame_bits)
615                 break;
616         }
617         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
618         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
619         if (bits < ctx->frame_bits) {
620             if (qscale == 1)
621                 return 1;
622             if (last_higher == qscale - 1) {
623                 qscale = last_higher;
624                 break;
625             }
626             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
627             if (last_higher != 0)
628                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
629             else
630                 qscale -= down_step++;
631             if (qscale < 1)
632                 qscale = 1;
633             up_step = 1;
634         } else {
635             if (last_lower == qscale + 1)
636                 break;
637             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
638             if (last_lower != INT_MAX)
639                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
640             else
641                 qscale += up_step++;
642             down_step = 1;
643             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
644                 return -1;
645         }
646     }
647     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
648     ctx->qscale = qscale;
649     return 0;
650 }
651
652 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
653 {
654     return ((const RCCMPEntry *)b)->value - ((const RCCMPEntry *)a)->value;
655 }
656
657 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
658 {
659     int max_bits = 0;
660     int ret, x, y;
661     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
662         return -1;
663     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
664         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
665             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
666             int delta_bits;
667             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
668             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
669             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
670             if (!RC_VARIANCE) {
671                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
672                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
673                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
674                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
675                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
676             }
677         }
678         max_bits += 31; //worst padding
679     }
680     if (!ret) {
681         if (RC_VARIANCE)
682             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
683         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
684         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
685             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
686             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
687             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
688             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
689         }
690     }
691     return 0;
692 }
693
694 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
695 {
696     int i;
697
698     for (i = 0; i < 3; i++) {
699         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
700         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
701     }
702
703     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
704         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
705         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
706         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
707         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
708     }
709
710     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
711     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
712 }
713
714 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
715 {
716     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
717     int first_field = 1;
718     int offset, i, ret;
719
720     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
721         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
722         return -1;
723     }
724
725     dnxhd_load_picture(ctx, data);
726
727  encode_coding_unit:
728     for (i = 0; i < 3; i++) {
729         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
730         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
731             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
732     }
733
734     dnxhd_write_header(avctx, buf);
735
736     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
737         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
738     else
739         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
740     if (ret < 0) {
741         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
742         return -1;
743     }
744
745     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
746
747     offset = 0;
748     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
749         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
750         offset += ctx->slice_size[i];
751         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
752     }
753
754     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
755
756     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
757
758     if (ctx->interlaced && first_field) {
759         first_field     = 0;
760         ctx->cur_field ^= 1;
761         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
762         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
763         goto encode_coding_unit;
764     }
765
766     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
767
768     return ctx->cid_table->frame_size;
769 }
770
771 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
772 {
773     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
774     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
775     int i;
776
777     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
778     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
779     av_freep(&ctx->run_codes);
780     av_freep(&ctx->run_bits);
781
782     av_freep(&ctx->mb_bits);
783     av_freep(&ctx->mb_qscale);
784     av_freep(&ctx->mb_rc);
785     av_freep(&ctx->mb_cmp);
786     av_freep(&ctx->slice_size);
787
788     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
789     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
790     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
791     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
792
793     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
794         av_freep(&ctx->thread[i]);
795
796     return 0;
797 }
798
799 AVCodec dnxhd_encoder = {
800     "dnxhd",
801     CODEC_TYPE_VIDEO,
802     CODEC_ID_DNXHD,
803     sizeof(DNXHDEncContext),
804     dnxhd_encode_init,
805     dnxhd_encode_picture,
806     dnxhd_encode_end,
807     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
808     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
809 };