3da6a1a67b2382446f75619b723de4e316bef7a5
[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 "dnxhddata.h"
31
32 typedef struct {
33     uint16_t mb;
34     int value;
35 } RCCMPEntry;
36
37 typedef struct {
38     int ssd;
39     int bits;
40 } RCEntry;
41
42 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
43
44 typedef struct DNXHDEncContext {
45     MpegEncContext m; ///< Used for quantization dsp functions
46
47     AVFrame frame;
48     int cid;
49     const CIDEntry *cid_table;
50     uint8_t *msip; ///< Macroblock Scan Indices Payload
51     uint32_t *slice_size;
52
53     struct DNXHDEncContext *thread[MAX_THREADS];
54
55     unsigned dct_y_offset;
56     unsigned dct_uv_offset;
57     int interlaced;
58     int cur_field;
59
60     DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, blocks[8][64]);
61
62     int      (*qmatrix_c)     [64];
63     int      (*qmatrix_l)     [64];
64     uint16_t (*qmatrix_l16)[2][64];
65     uint16_t (*qmatrix_c16)[2][64];
66
67     unsigned frame_bits;
68     uint8_t *src[3];
69
70     uint16_t *table_vlc_codes;
71     uint8_t  *table_vlc_bits;
72     uint16_t *table_run_codes;
73     uint8_t  *table_run_bits;
74
75     /** Rate control */
76     unsigned slice_bits;
77     unsigned qscale;
78     unsigned lambda;
79
80     unsigned thread_size;
81
82     uint16_t *mb_bits;
83     uint8_t  *mb_qscale;
84
85     RCCMPEntry *mb_cmp;
86     RCEntry   (*mb_rc)[8160];
87 } DNXHDEncContext;
88
89 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
90
91 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
92 {
93     int i;
94
95     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_vlc_codes, 449*2);
96     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_vlc_bits,    449);
97     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_run_codes,  63*2);
98     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_run_bits,     63);
99
100     for (i = 0; i < 257; i++) {
101         int level = ctx->cid_table->ac_level[i] +
102             (ctx->cid_table->ac_run_flag[i] << 7) + (ctx->cid_table->ac_index_flag[i] << 8);
103         assert(level < 449);
104         if (ctx->cid_table->ac_level[i] == 64 && ctx->cid_table->ac_index_flag[i])
105             level -= 64; // use 0+(1<<8) level
106         ctx->table_vlc_codes[level] = ctx->cid_table->ac_codes[i];
107         ctx->table_vlc_bits [level] = ctx->cid_table->ac_bits[i];
108     }
109     for (i = 0; i < 62; i++) {
110         int run = ctx->cid_table->run[i];
111         assert(run < 63);
112         ctx->table_run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
113         ctx->table_run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
114     }
115     return 0;
116  fail:
117     return -1;
118 }
119
120 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
121 {
122     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
123     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
124     int qscale, i;
125
126     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
127     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
128     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
129     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
130
131     for (i = 1; i < 64; i++) {
132         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
133         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
134     }
135     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
136                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
137     for (i = 1; i < 64; i++) {
138         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
139         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
140     }
141     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
142                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
143     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
144         for (i = 0; i < 64; i++) {
145             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
146             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
147             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
148         }
149     }
150     return 0;
151  fail:
152     return -1;
153 }
154
155 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
156 {
157     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry));
158     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
159         CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry));
160
161     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
162     ctx->qscale = 1;
163     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
164     return 0;
165  fail:
166     return -1;
167 }
168
169 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
170 {
171     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
172     int i, index;
173
174     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
175     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
176         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
177         return -1;
178     }
179     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
180
181     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
182     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
183
184     ctx->m.avctx = avctx;
185     ctx->m.mb_intra = 1;
186     ctx->m.h263_aic = 1;
187
188     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
189     ff_dct_common_init(&ctx->m);
190     if (!ctx->m.dct_quantize)
191         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
192
193     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
194     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
195
196     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
197         ctx->interlaced = 1;
198         ctx->m.mb_height /= 2;
199     }
200
201     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
202
203     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
204         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
205     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
206         return -1;
207
208     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
209         return -1;
210     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
211         return -1;
212
213     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
214     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
215     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
216
217     ctx->frame.key_frame = 1;
218     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
219     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
220
221     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
222         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
223         return -1;
224     }
225
226     ctx->thread[0] = ctx;
227     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
228         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
229         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
230     }
231
232     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
233         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
234         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
235     }
236
237     return 0;
238  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
239     return -1;
240 }
241
242 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
243 {
244     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
245     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
246
247     memcpy(buf, header_prefix, 5);
248     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
249     buf[6] = 0x80; // crc flag off
250     buf[7] = 0xa0; // reserved
251     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
252     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
253     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
254
255     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
256     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
257     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
258     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
259
260     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
261
262     buf[0x167] = 0x02; // reserved
263     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
264     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
265     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
266
267     ctx->msip = buf + 0x170;
268     return 0;
269 }
270
271 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
272 {
273     int nbits;
274     if (diff < 0) {
275         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
276         diff--;
277     } else {
278         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
279     }
280     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
281              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
282 }
283
284 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
285 {
286     int last_non_zero = 0;
287     int offset = 0;
288     int slevel, i, j;
289
290     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
291     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
292
293     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
294         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
295         slevel = block[j];
296         if (slevel) {
297             int run_level = i - last_non_zero - 1;
298             int sign;
299             MASK_ABS(sign, slevel);
300             if (slevel > 64) {
301                 offset = (slevel-1) >> 6;
302                 slevel = 256 | (slevel & 63); // level 64 is treated as 0
303             }
304             if (run_level)
305                 slevel |= 128;
306             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[slevel]+1, (ctx->table_vlc_codes[slevel]<<1)|(sign&1));
307             if (offset) {
308                 put_bits(&ctx->m.pb, 4, offset);
309                 offset = 0;
310             }
311             if (run_level)
312                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_run_bits[run_level], ctx->table_run_codes[run_level]);
313             last_non_zero = i;
314         }
315     }
316     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[0], ctx->table_vlc_codes[0]); // EOB
317 }
318
319 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
320 {
321     const uint8_t *weight_matrix;
322     int level;
323     int i;
324
325     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
326
327     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
328         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
329         level = block[j];
330         if (level) {
331             if (level < 0) {
332                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
333                 if (weight_matrix[i] != 32)
334                     level += 32;
335                 level >>= 6;
336                 level = -level;
337             } else {
338                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
339                 if (weight_matrix[i] != 32)
340                     level += 32;
341                 level >>= 6;
342             }
343             block[j] = level;
344         }
345     }
346 }
347
348 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
349 {
350     int score = 0;
351     int i;
352     for (i = 0; i < 64; i++)
353         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
354     return score;
355 }
356
357 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
358 {
359     int last_non_zero = 0;
360     int bits = 0;
361     int i, j, level;
362     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
363         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
364         level = block[j];
365         if (level) {
366             int run_level = i - last_non_zero - 1;
367             level = FFABS(level);
368             if (level > 64) {
369                 level = 256 | (level & 63); // level 64 is treated as 0
370                 bits += 4;
371             }
372             level |= (!!run_level)<<7;
373             bits += ctx->table_vlc_bits[level]+1 + ctx->table_run_bits[run_level];
374             last_non_zero = i;
375         }
376     }
377     return bits;
378 }
379
380 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_4x8(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
381 {
382     int i;
383     for (i = 0; i < 4; i++) {
384         block[0] = pixels[0];
385         block[1] = pixels[1];
386         block[2] = pixels[2];
387         block[3] = pixels[3];
388         block[4] = pixels[4];
389         block[5] = pixels[5];
390         block[6] = pixels[6];
391         block[7] = pixels[7];
392         pixels += line_size;
393         block += 8;
394     }
395     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
396     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
397     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
398     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
399 }
400
401 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
402 {
403     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
404     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
405     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
406     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
407
408     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
409     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
410     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
411     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
412
413     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
414         if (ctx->interlaced) {
415             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
416             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
417             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
418             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
419         } else
420             memset(ctx->blocks[4], 0, 4*64*sizeof(DCTELEM));
421     } else {
422         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
423         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
424         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
425         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
426     }
427 }
428
429 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
430 {
431     if (i&2) {
432         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
433         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
434         return 1 + (i&1);
435     } else {
436         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
437         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
438         return 0;
439     }
440 }
441
442 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
443 {
444     DNXHDEncContext *ctx = arg;
445     int mb_y, mb_x;
446     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
447
448     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
449         ctx->m.last_dc[0] =
450         ctx->m.last_dc[1] =
451         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
452
453         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
454             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
455             int ssd     = 0;
456             int ac_bits = 0;
457             int dc_bits = 0;
458             int i;
459
460             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
461
462             for (i = 0; i < 8; i++) {
463                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
464                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
465                 int overflow, nbits, diff, last_index;
466                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
467
468                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
469                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
470                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
471
472                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
473                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
474                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
475                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
476
477                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
478
479                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
480                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
481                     ctx->m.dsp.idct(block);
482                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
483                 }
484             }
485             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
486             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->table_vlc_bits[0];
487         }
488     }
489     return 0;
490 }
491
492 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
493 {
494     DNXHDEncContext *ctx = arg;
495     int mb_y, mb_x;
496
497     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
498         ctx->m.last_dc[0] =
499         ctx->m.last_dc[1] =
500         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
501         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
502             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
503             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
504             int i;
505
506             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
507
508             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
509
510             for (i = 0; i < 8; i++) {
511                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
512                 int last_index, overflow;
513                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
514                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
515                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
516             }
517         }
518         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
519             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
520     }
521     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
522     return 0;
523 }
524
525 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
526 {
527     int mb_y, mb_x;
528     int i, offset = 0;
529     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
530         int thread_size = 0;
531         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
532             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
533             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
534                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
535                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
536             }
537             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
538             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
539             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
540         }
541         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
542         offset += thread_size;
543     }
544 }
545
546 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
547 {
548     DNXHDEncContext *ctx = arg;
549     int mb_y, mb_x;
550     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
551         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
552             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
553             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
554             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
555             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
556             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
557             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
558         }
559     }
560     return 0;
561 }
562
563 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
564 {
565     int lambda, up_step, down_step;
566     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
567     int x, y, q;
568
569     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
570         ctx->qscale = q;
571         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
572     }
573     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
574     lambda = ctx->lambda;
575
576     for (;;) {
577         int bits = 0;
578         int end = 0;
579         if (lambda == last_higher) {
580             lambda++;
581             end = 1; // need to set final qscales/bits
582         }
583         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
584             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
585                 unsigned min = UINT_MAX;
586                 int qscale = 1;
587                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
588                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
589                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
590                     if (score < min) {
591                         min = score;
592                         qscale = q;
593                     }
594                 }
595                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
596                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
597                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
598             }
599             bits = (bits+31)&~31; // padding
600             if (bits > ctx->frame_bits)
601                 break;
602         }
603         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
604         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
605         if (end) {
606             if (bits > ctx->frame_bits)
607                 return -1;
608             break;
609         }
610         if (bits < ctx->frame_bits) {
611             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
612             if (last_higher != 0)
613                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
614             else
615                 lambda -= down_step;
616             down_step *= 5; // XXX tune ?
617             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
618             lambda = FFMAX(1, lambda);
619             if (lambda == last_lower)
620                 break;
621         } else {
622             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
623             if (last_lower != INT_MAX)
624                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
625             else
626                 lambda += up_step;
627             up_step *= 5;
628             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
629         }
630     }
631     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
632     ctx->lambda = lambda;
633     return 0;
634 }
635
636 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
637 {
638     int bits = 0;
639     int up_step = 1;
640     int down_step = 1;
641     int last_higher = 0;
642     int last_lower = INT_MAX;
643     int qscale;
644     int x, y;
645
646     qscale = ctx->qscale;
647     for (;;) {
648         bits = 0;
649         ctx->qscale = qscale;
650         // XXX avoid recalculating bits
651         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count);
652         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
653             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
654                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
655             bits = (bits+31)&~31; // padding
656             if (bits > ctx->frame_bits)
657                 break;
658         }
659         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
660         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
661         if (bits < ctx->frame_bits) {
662             if (qscale == 1)
663                 return 1;
664             if (last_higher == qscale - 1) {
665                 qscale = last_higher;
666                 break;
667             }
668             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
669             if (last_higher != 0)
670                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
671             else
672                 qscale -= down_step++;
673             if (qscale < 1)
674                 qscale = 1;
675             up_step = 1;
676         } else {
677             if (last_lower == qscale + 1)
678                 break;
679             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
680             if (last_lower != INT_MAX)
681                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
682             else
683                 qscale += up_step++;
684             down_step = 1;
685             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
686                 return -1;
687         }
688     }
689     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
690     ctx->qscale = qscale;
691     return 0;
692 }
693
694 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
695 {
696     return ((const RCCMPEntry *)b)->value - ((const RCCMPEntry *)a)->value;
697 }
698
699 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
700 {
701     int max_bits = 0;
702     int ret, x, y;
703     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
704         return -1;
705     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
706         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
707             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
708             int delta_bits;
709             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
710             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
711             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
712             if (!RC_VARIANCE) {
713                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
714                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
715                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
716                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
717                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
718             }
719         }
720         max_bits += 31; //worst padding
721     }
722     if (!ret) {
723         if (RC_VARIANCE)
724             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
725         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
726         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
727             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
728             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
729             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
730             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
731         }
732     }
733     return 0;
734 }
735
736 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
737 {
738     int i;
739
740     for (i = 0; i < 3; i++) {
741         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
742         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
743     }
744
745     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
746         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
747         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
748         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
749         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
750     }
751
752     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
753     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
754 }
755
756 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, const void *data)
757 {
758     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
759     int first_field = 1;
760     int offset, i, ret;
761
762     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
763         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
764         return -1;
765     }
766
767     dnxhd_load_picture(ctx, data);
768
769  encode_coding_unit:
770     for (i = 0; i < 3; i++) {
771         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
772         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
773             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
774     }
775
776     dnxhd_write_header(avctx, buf);
777
778     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
779         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
780     else
781         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
782     if (ret < 0) {
783         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
784         return -1;
785     }
786
787     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
788
789     offset = 0;
790     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
791         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
792         offset += ctx->slice_size[i];
793         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
794     }
795
796     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
797
798     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
799
800     if (ctx->interlaced && first_field) {
801         first_field     = 0;
802         ctx->cur_field ^= 1;
803         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
804         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
805         goto encode_coding_unit;
806     }
807
808     return ctx->cid_table->frame_size;
809 }
810
811 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
812 {
813     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
814     int i;
815
816     av_freep(&ctx->table_vlc_codes);
817     av_freep(&ctx->table_vlc_bits);
818     av_freep(&ctx->table_run_codes);
819     av_freep(&ctx->table_run_bits);
820
821     av_freep(&ctx->mb_bits);
822     av_freep(&ctx->mb_qscale);
823     av_freep(&ctx->mb_rc);
824     av_freep(&ctx->mb_cmp);
825     av_freep(&ctx->slice_size);
826
827     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
828     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
829     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
830     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
831
832     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
833         av_freep(&ctx->thread[i]);
834
835     return 0;
836 }
837
838 AVCodec dnxhd_encoder = {
839     "dnxhd",
840     CODEC_TYPE_VIDEO,
841     CODEC_ID_DNXHD,
842     sizeof(DNXHDEncContext),
843     dnxhd_encode_init,
844     dnxhd_encode_picture,
845     dnxhd_encode_end,
846     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, -1},
847 };