5135eedfd6c0e6b84238be91f2b8d5b004f90fb5
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhdenc.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD encoder
3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
5  *
6  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
7  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
8  *
9  * This file is part of FFmpeg.
10  *
11  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
13  * License as published by the Free Software Foundation; either
14  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
15  *
16  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
19  * Lesser General Public License for more details.
20  *
21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
22  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
23  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
24  */
25
26 #include "libavutil/attributes.h"
27 #include "libavutil/internal.h"
28 #include "libavutil/opt.h"
29 #include "libavutil/timer.h"
30
31 #include "avcodec.h"
32 #include "blockdsp.h"
33 #include "fdctdsp.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "mpegvideo.h"
36 #include "pixblockdsp.h"
37 #include "profiles.h"
38 #include "dnxhdenc.h"
39
40 // The largest value that will not lead to overflow for 10-bit samples.
41 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18
42 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
43 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
44
45 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
46 static const AVOption options[] = {
47     { "nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility",
48         offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, VE },
49     { "ibias", "intra quant bias",
50         offsetof(DNXHDEncContext, intra_quant_bias), AV_OPT_TYPE_INT,
51         { .i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE },
52     { "profile",       NULL, offsetof(DNXHDEncContext, profile), AV_OPT_TYPE_INT,
53         { .i64 = FF_PROFILE_DNXHD },
54         FF_PROFILE_DNXHD, FF_PROFILE_DNXHR_444, VE, "profile" },
55     { "dnxhd",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHD },
56         0, 0, VE, "profile" },
57     { "dnxhr_444", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_444 },
58         0, 0, VE, "profile" },
59     { "dnxhr_hqx", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_HQX },
60         0, 0, VE, "profile" },
61     { "dnxhr_hq",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_HQ },
62         0, 0, VE, "profile" },
63     { "dnxhr_sq",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_SQ },
64         0, 0, VE, "profile" },
65     { "dnxhr_lb",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_LB },
66         0, 0, VE, "profile" },
67     { NULL }
68 };
69
70 static const AVClass dnxhd_class = {
71     .class_name = "dnxhd",
72     .item_name  = av_default_item_name,
73     .option     = options,
74     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
75 };
76
77 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block,
78                                           const uint8_t *pixels,
79                                           ptrdiff_t line_size)
80 {
81     int i;
82     for (i = 0; i < 4; i++) {
83         block[0] = pixels[0];
84         block[1] = pixels[1];
85         block[2] = pixels[2];
86         block[3] = pixels[3];
87         block[4] = pixels[4];
88         block[5] = pixels[5];
89         block[6] = pixels[6];
90         block[7] = pixels[7];
91         pixels  += line_size;
92         block   += 8;
93     }
94     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
95     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
96     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
97     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
98 }
99
100 static av_always_inline
101 void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block,
102                                     const uint8_t *pixels,
103                                     ptrdiff_t line_size)
104 {
105     memcpy(block + 0 * 8, pixels + 0 * line_size, 8 * sizeof(*block));
106     memcpy(block + 7 * 8, pixels + 0 * line_size, 8 * sizeof(*block));
107     memcpy(block + 1 * 8, pixels + 1 * line_size, 8 * sizeof(*block));
108     memcpy(block + 6 * 8, pixels + 1 * line_size, 8 * sizeof(*block));
109     memcpy(block + 2 * 8, pixels + 2 * line_size, 8 * sizeof(*block));
110     memcpy(block + 5 * 8, pixels + 2 * line_size, 8 * sizeof(*block));
111     memcpy(block + 3 * 8, pixels + 3 * line_size, 8 * sizeof(*block));
112     memcpy(block + 4 * 8, pixels + 3 * line_size, 8 * sizeof(*block));
113 }
114
115 static int dnxhd_10bit_dct_quantize_444(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
116                                         int n, int qscale, int *overflow)
117 {
118     int i, j, level, last_non_zero, start_i;
119     const int *qmat;
120     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
121     int bias;
122     int max = 0;
123     unsigned int threshold1, threshold2;
124
125     ctx->fdsp.fdct(block);
126
127     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
128     start_i = 1;
129     last_non_zero = 0;
130     qmat = n < 4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
131     bias= ctx->intra_quant_bias * (1 << (16 - 8));
132     threshold1 = (1 << 16) - bias - 1;
133     threshold2 = (threshold1 << 1);
134
135     for (i = 63; i >= start_i; i--) {
136         j = scantable[i];
137         level = block[j] * qmat[j];
138
139         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
140             last_non_zero = i;
141             break;
142         } else{
143             block[j]=0;
144         }
145     }
146
147     for (i = start_i; i <= last_non_zero; i++) {
148         j = scantable[i];
149         level = block[j] * qmat[j];
150
151         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
152             if (level > 0) {
153                 level = (bias + level) >> 16;
154                 block[j] = level;
155             } else{
156                 level = (bias - level) >> 16;
157                 block[j] = -level;
158             }
159             max |= level;
160         } else {
161             block[j] = 0;
162         }
163     }
164     *overflow = ctx->max_qcoeff < max; //overflow might have happened
165
166     /* we need this permutation so that we correct the IDCT, we only permute the !=0 elements */
167     if (ctx->idsp.perm_type != FF_IDCT_PERM_NONE)
168         ff_block_permute(block, ctx->idsp.idct_permutation,
169                          scantable, last_non_zero);
170
171     return last_non_zero;
172 }
173
174 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
175                                     int n, int qscale, int *overflow)
176 {
177     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
178     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
179     int last_non_zero = 0;
180     int i;
181
182     ctx->fdsp.fdct(block);
183
184     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
185     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
186
187     for (i = 1; i < 64; ++i) {
188         int j = scantable[i];
189         int sign = FF_SIGNBIT(block[j]);
190         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
191         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
192         block[j] = (level ^ sign) - sign;
193         if (level)
194             last_non_zero = i;
195     }
196
197     /* we need this permutation so that we correct the IDCT, we only permute the !=0 elements */
198     if (ctx->idsp.perm_type != FF_IDCT_PERM_NONE)
199         ff_block_permute(block, ctx->idsp.idct_permutation,
200                          scantable, last_non_zero);
201
202     return last_non_zero;
203 }
204
205 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
206 {
207     int i, j, level, run;
208     int max_level = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
209
210     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->orig_vlc_codes,
211                       max_level, 4 * sizeof(*ctx->orig_vlc_codes), fail);
212     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->orig_vlc_bits,
213                       max_level, 4 * sizeof(*ctx->orig_vlc_bits), fail);
214     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes,
215                       63 * 2, fail);
216     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,
217                       63, fail);
218
219     ctx->vlc_codes = ctx->orig_vlc_codes + max_level * 2;
220     ctx->vlc_bits  = ctx->orig_vlc_bits + max_level * 2;
221     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
222         for (run = 0; run < 2; run++) {
223             int index = (level << 1) | run;
224             int sign, offset = 0, alevel = level;
225
226             MASK_ABS(sign, alevel);
227             if (alevel > 64) {
228                 offset  = (alevel - 1) >> 6;
229                 alevel -= offset << 6;
230             }
231             for (j = 0; j < 257; j++) {
232                 if (ctx->cid_table->ac_info[2*j+0] >> 1 == alevel &&
233                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_info[2*j+1] & 1) && offset) &&
234                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_info[2*j+1] & 2) && run)) {
235                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
236                     if (alevel) {
237                         ctx->vlc_codes[index] =
238                             (ctx->cid_table->ac_codes[j] << 1) | (sign & 1);
239                         ctx->vlc_bits[index] = ctx->cid_table->ac_bits[j] + 1;
240                     } else {
241                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
242                         ctx->vlc_bits[index]  = ctx->cid_table->ac_bits[j];
243                     }
244                     break;
245                 }
246             }
247             av_assert0(!alevel || j < 257);
248             if (offset) {
249                 ctx->vlc_codes[index] =
250                     (ctx->vlc_codes[index] << ctx->cid_table->index_bits) | offset;
251                 ctx->vlc_bits[index] += ctx->cid_table->index_bits;
252             }
253         }
254     }
255     for (i = 0; i < 62; i++) {
256         int run = ctx->cid_table->run[i];
257         av_assert0(run < 63);
258         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
259         ctx->run_bits[run]  = ctx->cid_table->run_bits[i];
260     }
261     return 0;
262 fail:
263     return AVERROR(ENOMEM);
264 }
265
266 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
267 {
268     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
269     uint16_t weight_matrix[64] = { 1, }; // convert_matrix needs uint16_t*
270     int qscale, i;
271     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
272     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
273
274     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,
275                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * sizeof(int), fail);
276     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,
277                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * sizeof(int), fail);
278     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16,
279                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * 2 * sizeof(uint16_t),
280                       fail);
281     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16,
282                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * 2 * sizeof(uint16_t),
283                       fail);
284
285     if (ctx->bit_depth == 8) {
286         for (i = 1; i < 64; i++) {
287             int j = ctx->m.idsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
288             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
289         }
290         ff_convert_matrix(&ctx->m, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16,
291                           weight_matrix, ctx->intra_quant_bias, 1,
292                           ctx->m.avctx->qmax, 1);
293         for (i = 1; i < 64; i++) {
294             int j = ctx->m.idsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
295             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
296         }
297         ff_convert_matrix(&ctx->m, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16,
298                           weight_matrix, ctx->intra_quant_bias, 1,
299                           ctx->m.avctx->qmax, 1);
300
301         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
302             for (i = 0; i < 64; i++) {
303                 ctx->qmatrix_l[qscale][i]      <<= 2;
304                 ctx->qmatrix_c[qscale][i]      <<= 2;
305                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2;
306                 ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
307                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2;
308                 ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
309             }
310         }
311     } else {
312         // 10-bit
313         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
314             for (i = 1; i < 64; i++) {
315                 int j = ff_zigzag_direct[i];
316
317                 /* The quantization formula from the VC-3 standard is:
318                  * quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p /
319                  *             (qscale * weight_table[i]))
320                  * Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
321                  * The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by
322                  * the DCT routines, and therefore is not present in standard.
323                  * It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
324                  * We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
325                  *     ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) /
326                  *     (qscale * weight_table[i])
327                  * For 10-bit samples, p / s == 2 */
328                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) /
329                                             (qscale * luma_weight_table[i]);
330                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) /
331                                             (qscale * chroma_weight_table[i]);
332             }
333         }
334     }
335
336     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
337     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
338     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
339     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
340
341     return 0;
342 fail:
343     return AVERROR(ENOMEM);
344 }
345
346 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
347 {
348     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, (ctx->m.avctx->qmax + 1),
349                           ctx->m.mb_num * sizeof(RCEntry), fail);
350     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD) {
351         FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp,
352                           ctx->m.mb_num, sizeof(RCCMPEntry), fail);
353         FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp_tmp,
354                           ctx->m.mb_num, sizeof(RCCMPEntry), fail);
355     }
356     ctx->frame_bits = (ctx->coding_unit_size -
357                        ctx->data_offset - 4 - ctx->min_padding) * 8;
358     ctx->qscale = 1;
359     ctx->lambda = 2 << LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
360     return 0;
361 fail:
362     return AVERROR(ENOMEM);
363 }
364
365 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
366 {
367     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
368     int i, index, ret;
369
370     switch (avctx->pix_fmt) {
371     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
372         ctx->bit_depth = 8;
373         break;
374     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
375     case AV_PIX_FMT_YUV444P10:
376     case AV_PIX_FMT_GBRP10:
377         ctx->bit_depth = 10;
378         break;
379     default:
380         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
381                "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
382         return AVERROR(EINVAL);
383     }
384
385     if ((ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_444 && (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV444P10 &&
386                                                   avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GBRP10)) ||
387         (ctx->profile != FF_PROFILE_DNXHR_444 && (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10 ||
388                                                   avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GBRP10))) {
389         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
390                "pixel format is incompatible with DNxHD profile\n");
391         return AVERROR(EINVAL);
392     }
393
394     if (ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQX && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV422P10) {
395         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
396                "pixel format is incompatible with DNxHR HQX profile\n");
397         return AVERROR(EINVAL);
398     }
399
400     if ((ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_LB ||
401          ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_SQ ||
402          ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQ) && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV422P) {
403         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
404                "pixel format is incompatible with DNxHR LB/SQ/HQ profile\n");
405         return AVERROR(EINVAL);
406     }
407
408     ctx->is_444 = ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_444;
409     avctx->profile = ctx->profile;
410     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, ctx->bit_depth);
411     if (!ctx->cid) {
412         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
413                "video parameters incompatible with DNxHD. Valid DNxHD profiles:\n");
414         ff_dnxhd_print_profiles(avctx, AV_LOG_ERROR);
415         return AVERROR(EINVAL);
416     }
417     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
418
419     if (ctx->cid >= 1270 && ctx->cid <= 1274)
420         avctx->codec_tag = MKTAG('A','V','d','h');
421
422     if (avctx->width < 256 || avctx->height < 120) {
423         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
424                "Input dimensions too small, input must be at least 256x120\n");
425         return AVERROR(EINVAL);
426     }
427
428     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
429     av_assert0(index >= 0);
430
431     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
432
433     ctx->m.avctx    = avctx;
434     ctx->m.mb_intra = 1;
435     ctx->m.h263_aic = 1;
436
437     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->bit_depth;
438
439     ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, avctx);
440     ff_fdctdsp_init(&ctx->m.fdsp, avctx);
441     ff_mpv_idct_init(&ctx->m);
442     ff_mpegvideoencdsp_init(&ctx->m.mpvencdsp, avctx);
443     ff_pixblockdsp_init(&ctx->m.pdsp, avctx);
444     ff_dct_encode_init(&ctx->m);
445
446     if (ctx->profile != FF_PROFILE_DNXHD)
447         ff_videodsp_init(&ctx->m.vdsp, ctx->bit_depth);
448
449     if (!ctx->m.dct_quantize)
450         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
451
452     if (ctx->is_444 || ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQX) {
453         ctx->m.dct_quantize     = dnxhd_10bit_dct_quantize_444;
454         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
455         ctx->block_width_l2     = 4;
456     } else if (ctx->bit_depth == 10) {
457         ctx->m.dct_quantize     = dnxhd_10bit_dct_quantize;
458         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
459         ctx->block_width_l2     = 4;
460     } else {
461         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
462         ctx->block_width_l2     = 3;
463     }
464
465     if (ARCH_X86)
466         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
467
468     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
469     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
470
471     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
472         ctx->interlaced   = 1;
473         ctx->m.mb_height /= 2;
474     }
475
476     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
477
478     if (ctx->cid_table->frame_size == DNXHD_VARIABLE) {
479         ctx->frame_size = ff_dnxhd_get_hr_frame_size(ctx->cid,
480                                                      avctx->width, avctx->height);
481         av_assert0(ctx->frame_size >= 0);
482         ctx->coding_unit_size = ctx->frame_size;
483     } else {
484         ctx->frame_size = ctx->cid_table->frame_size;
485         ctx->coding_unit_size = ctx->cid_table->coding_unit_size;
486     }
487
488     if (ctx->m.mb_height > 68)
489         ctx->data_offset = 0x170 + (ctx->m.mb_height << 2);
490     else
491         ctx->data_offset = 0x280;
492
493     // XXX tune lbias/cbias
494     if ((ret = dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->intra_quant_bias, 0)) < 0)
495         return ret;
496
497     /* Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding
498      * in the coding unit payload */
499     if (ctx->nitris_compat)
500         ctx->min_padding = 1600;
501
502     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx)) < 0)
503         return ret;
504     if ((ret = dnxhd_init_rc(ctx)) < 0)
505         return ret;
506
507     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size,
508                       ctx->m.mb_height * sizeof(uint32_t), fail);
509     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs,
510                       ctx->m.mb_height * sizeof(uint32_t), fail);
511     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,
512                       ctx->m.mb_num * sizeof(uint16_t), fail);
513     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,
514                       ctx->m.mb_num * sizeof(uint8_t), fail);
515
516 #if FF_API_CODED_FRAME
517 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
518     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
519     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
520 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
521 #endif
522
523     if (avctx->active_thread_type == FF_THREAD_SLICE) {
524         if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
525             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
526             return AVERROR(EINVAL);
527         }
528     }
529
530     if (avctx->qmax <= 1) {
531         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "qmax must be at least 2\n");
532         return AVERROR(EINVAL);
533     }
534
535     ctx->thread[0] = ctx;
536     if (avctx->active_thread_type == FF_THREAD_SLICE) {
537         for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
538             ctx->thread[i] = av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
539             memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
540         }
541     }
542
543     return 0;
544 fail:  // for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
545     return AVERROR(ENOMEM);
546 }
547
548 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
549 {
550     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
551
552     memset(buf, 0, ctx->data_offset);
553
554     // * write prefix */
555     AV_WB16(buf + 0x02, ctx->data_offset);
556     if (ctx->cid >= 1270 && ctx->cid <= 1274)
557         buf[4] = 0x03;
558     else
559         buf[4] = 0x01;
560
561     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field + 2 : 0x01;
562     buf[6] = 0x80; // crc flag off
563     buf[7] = 0xa0; // reserved
564     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height >> ctx->interlaced); // ALPF
565     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
566     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height >> ctx->interlaced); // NAL
567
568     buf[0x21] = ctx->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
569     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced << 2);
570     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
571     buf[0x2c] = (!ctx->interlaced << 7) | (ctx->is_444 << 6) | (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10);
572
573     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
574
575     buf[0x167] = 0x02; // reserved
576     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
577     AV_WB16(buf + 0x16c, ctx->m.mb_height); // Ns
578     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
579
580     ctx->msip = buf + 0x170;
581     return 0;
582 }
583
584 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
585 {
586     int nbits;
587     if (diff < 0) {
588         nbits = av_log2_16bit(-2 * diff);
589         diff--;
590     } else {
591         nbits = av_log2_16bit(2 * diff);
592     }
593     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
594              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits] << nbits) +
595              av_mod_uintp2(diff, nbits));
596 }
597
598 static av_always_inline
599 void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block,
600                         int last_index, int n)
601 {
602     int last_non_zero = 0;
603     int slevel, i, j;
604
605     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
606     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
607
608     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
609         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
610         slevel = block[j];
611         if (slevel) {
612             int run_level = i - last_non_zero - 1;
613             int rlevel = (slevel << 1) | !!run_level;
614             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
615             if (run_level)
616                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level],
617                          ctx->run_codes[run_level]);
618             last_non_zero = i;
619         }
620     }
621     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
622 }
623
624 static av_always_inline
625 void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n,
626                         int qscale, int last_index)
627 {
628     const uint8_t *weight_matrix;
629     int level;
630     int i;
631
632     if (ctx->is_444) {
633         weight_matrix = ((n % 6) < 2) ? ctx->cid_table->luma_weight
634                                       : ctx->cid_table->chroma_weight;
635     } else {
636         weight_matrix = (n & 2) ? ctx->cid_table->chroma_weight
637                                 : ctx->cid_table->luma_weight;
638     }
639
640     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
641         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
642         level = block[j];
643         if (level) {
644             if (level < 0) {
645                 level = (1 - 2 * level) * qscale * weight_matrix[i];
646                 if (ctx->bit_depth == 10) {
647                     if (weight_matrix[i] != 8)
648                         level += 8;
649                     level >>= 4;
650                 } else {
651                     if (weight_matrix[i] != 32)
652                         level += 32;
653                     level >>= 6;
654                 }
655                 level = -level;
656             } else {
657                 level = (2 * level + 1) * qscale * weight_matrix[i];
658                 if (ctx->bit_depth == 10) {
659                     if (weight_matrix[i] != 8)
660                         level += 8;
661                     level >>= 4;
662                 } else {
663                     if (weight_matrix[i] != 32)
664                         level += 32;
665                     level >>= 6;
666                 }
667             }
668             block[j] = level;
669         }
670     }
671 }
672
673 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
674 {
675     int score = 0;
676     int i;
677     for (i = 0; i < 64; i++)
678         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
679     return score;
680 }
681
682 static av_always_inline
683 int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
684 {
685     int last_non_zero = 0;
686     int bits = 0;
687     int i, j, level;
688     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
689         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
690         level = block[j];
691         if (level) {
692             int run_level = i - last_non_zero - 1;
693             bits += ctx->vlc_bits[(level << 1) |
694                     !!run_level] + ctx->run_bits[run_level];
695             last_non_zero = i;
696         }
697     }
698     return bits;
699 }
700
701 static av_always_inline
702 void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
703 {
704     const int bs = ctx->block_width_l2;
705     const int bw = 1 << bs;
706     int dct_y_offset = ctx->dct_y_offset;
707     int dct_uv_offset = ctx->dct_uv_offset;
708     int linesize = ctx->m.linesize;
709     int uvlinesize = ctx->m.uvlinesize;
710     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] +
711                            ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize) + (mb_x << bs + 1);
712     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] +
713                            ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs + ctx->is_444);
714     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] +
715                            ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs + ctx->is_444);
716     PixblockDSPContext *pdsp = &ctx->m.pdsp;
717     VideoDSPContext *vdsp = &ctx->m.vdsp;
718
719     if (ctx->bit_depth != 10 && vdsp->emulated_edge_mc && ((mb_x << 4) + 16 > ctx->m.avctx->width ||
720                                                            (mb_y << 4) + 16 > ctx->m.avctx->height)) {
721         int y_w = ctx->m.avctx->width  - (mb_x << 4);
722         int y_h = ctx->m.avctx->height - (mb_y << 4);
723         int uv_w = (y_w + 1) / 2;
724         int uv_h = y_h;
725         linesize = 16;
726         uvlinesize = 8;
727
728         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_y[0], ptr_y,
729                                linesize, ctx->m.linesize,
730                                linesize, 16,
731                                0, 0, y_w, y_h);
732         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[0][0], ptr_u,
733                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
734                                uvlinesize, 16,
735                                0, 0, uv_w, uv_h);
736         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[1][0], ptr_v,
737                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
738                                uvlinesize, 16,
739                                0, 0, uv_w, uv_h);
740
741         dct_y_offset =  bw * linesize;
742         dct_uv_offset = bw * uvlinesize;
743         ptr_y = &ctx->edge_buf_y[0];
744         ptr_u = &ctx->edge_buf_uv[0][0];
745         ptr_v = &ctx->edge_buf_uv[1][0];
746     } else if (ctx->bit_depth == 10 && vdsp->emulated_edge_mc && ((mb_x << 4) + 16 > ctx->m.avctx->width ||
747                                                                   (mb_y << 4) + 16 > ctx->m.avctx->height)) {
748         int y_w = ctx->m.avctx->width  - (mb_x << 4);
749         int y_h = ctx->m.avctx->height - (mb_y << 4);
750         int uv_w = ctx->is_444 ? y_w : (y_w + 1) / 2;
751         int uv_h = y_h;
752         linesize = 32;
753         uvlinesize = 16 + 16 * ctx->is_444;
754
755         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_y[0], ptr_y,
756                                linesize, ctx->m.linesize,
757                                linesize / 2, 16,
758                                0, 0, y_w, y_h);
759         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[0][0], ptr_u,
760                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
761                                uvlinesize / 2, 16,
762                                0, 0, uv_w, uv_h);
763         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[1][0], ptr_v,
764                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
765                                uvlinesize / 2, 16,
766                                0, 0, uv_w, uv_h);
767
768         dct_y_offset =  bw * linesize / 2;
769         dct_uv_offset = bw * uvlinesize / 2;
770         ptr_y = &ctx->edge_buf_y[0];
771         ptr_u = &ctx->edge_buf_uv[0][0];
772         ptr_v = &ctx->edge_buf_uv[1][0];
773     }
774
775     if (!ctx->is_444) {
776         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      linesize);
777         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, linesize);
778         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      uvlinesize);
779         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      uvlinesize);
780
781         if (mb_y + 1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
782             if (ctx->interlaced) {
783                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4],
784                                         ptr_y + dct_y_offset,
785                                         linesize);
786                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5],
787                                         ptr_y + dct_y_offset + bw,
788                                         linesize);
789                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6],
790                                         ptr_u + dct_uv_offset,
791                                         uvlinesize);
792                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7],
793                                         ptr_v + dct_uv_offset,
794                                         uvlinesize);
795             } else {
796                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[4]);
797                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[5]);
798                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[6]);
799                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[7]);
800             }
801         } else {
802             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[4],
803                              ptr_y + dct_y_offset, linesize);
804             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[5],
805                              ptr_y + dct_y_offset + bw, linesize);
806             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[6],
807                              ptr_u + dct_uv_offset, uvlinesize);
808             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[7],
809                              ptr_v + dct_uv_offset, uvlinesize);
810         }
811     } else {
812         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      linesize);
813         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, linesize);
814         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_y + dct_y_offset, linesize);
815         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_y + dct_y_offset + bw, linesize);
816
817         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      uvlinesize);
818         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_u + bw, uvlinesize);
819         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[8], ptr_u + dct_uv_offset, uvlinesize);
820         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[9], ptr_u + dct_uv_offset + bw, uvlinesize);
821
822         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_v,      uvlinesize);
823         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_v + bw, uvlinesize);
824         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[10], ptr_v + dct_uv_offset, uvlinesize);
825         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[11], ptr_v + dct_uv_offset + bw, uvlinesize);
826     }
827 }
828
829 static av_always_inline
830 int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
831 {
832     int x;
833
834     if (ctx->is_444) {
835         x = (i >> 1) % 3;
836     } else {
837         const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
838         x = component[i];
839     }
840     return x;
841 }
842
843 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
844                                   int jobnr, int threadnr)
845 {
846     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
847     int mb_y = jobnr, mb_x;
848     int qscale = ctx->qscale;
849     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
850     ctx = ctx->thread[threadnr];
851
852     ctx->m.last_dc[0] =
853     ctx->m.last_dc[1] =
854     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
855
856     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
857         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
858         int ssd     = 0;
859         int ac_bits = 0;
860         int dc_bits = 0;
861         int i;
862
863         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
864
865         for (i = 0; i < 8 + 4 * ctx->is_444; i++) {
866             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
867             int overflow, nbits, diff, last_index;
868             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
869
870             memcpy(block, src_block, 64 * sizeof(*block));
871             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block,
872                                              ctx->is_444 ? 4 * (n > 0): 4 & (2*i),
873                                              qscale, &overflow);
874             ac_bits   += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
875
876             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
877             if (diff < 0)
878                 nbits = av_log2_16bit(-2 * diff);
879             else
880                 nbits = av_log2_16bit(2 * diff);
881
882             av_assert1(nbits < ctx->bit_depth + 4);
883             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
884
885             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
886
887             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
888                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
889                 ctx->m.idsp.idct(block);
890                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
891             }
892         }
893         ctx->mb_rc[(qscale * ctx->m.mb_num) + mb].ssd  = ssd;
894         ctx->mb_rc[(qscale * ctx->m.mb_num) + mb].bits = ac_bits + dc_bits + 12 +
895                                      (1 + ctx->is_444) * 8 * ctx->vlc_bits[0];
896     }
897     return 0;
898 }
899
900 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
901                                int jobnr, int threadnr)
902 {
903     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
904     int mb_y = jobnr, mb_x;
905     ctx = ctx->thread[threadnr];
906     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + ctx->data_offset + ctx->slice_offs[jobnr],
907                   ctx->slice_size[jobnr]);
908
909     ctx->m.last_dc[0] =
910     ctx->m.last_dc[1] =
911     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
912     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
913         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
914         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
915         int i;
916
917         put_bits(&ctx->m.pb, 11, qscale);
918         put_bits(&ctx->m.pb, 1, avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10);
919
920         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
921
922         for (i = 0; i < 8 + 4 * ctx->is_444; i++) {
923             int16_t *block = ctx->blocks[i];
924             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
925             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block,
926                                                  ctx->is_444 ? (((i >> 1) % 3) < 1 ? 0 : 4): 4 & (2*i),
927                                                  qscale, &overflow);
928             // START_TIMER;
929             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
930             // STOP_TIMER("encode_block");
931         }
932     }
933     if (put_bits_count(&ctx->m.pb) & 31)
934         put_bits(&ctx->m.pb, 32 - (put_bits_count(&ctx->m.pb) & 31), 0);
935     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
936     return 0;
937 }
938
939 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
940 {
941     int mb_y, mb_x;
942     int offset = 0;
943     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
944         int thread_size;
945         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
946         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
947         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
948             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
949             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
950         }
951         ctx->slice_size[mb_y]   = (ctx->slice_size[mb_y] + 31) & ~31;
952         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
953         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
954         offset += thread_size;
955     }
956 }
957
958 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
959                                int jobnr, int threadnr)
960 {
961     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
962     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
963     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
964                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
965
966     ctx = ctx->thread[threadnr];
967     if (ctx->bit_depth == 8) {
968         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize);
969         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
970             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
971             int sum;
972             int varc;
973
974             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16 && (avctx->width % 16) == 0) {
975                 sum  = ctx->m.mpvencdsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
976                 varc = ctx->m.mpvencdsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
977             } else {
978                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
979                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
980                 sum = varc = 0;
981                 for (y = 0; y < bh; y++) {
982                     for (x = 0; x < bw; x++) {
983                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
984                         sum  += val;
985                         varc += val * val;
986                     }
987                 }
988             }
989             varc = (varc - (((unsigned) sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
990
991             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
992             ctx->mb_cmp[mb].mb    = mb;
993         }
994     } else { // 10-bit
995         const int linesize = ctx->m.linesize >> 1;
996         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
997             uint16_t *pix = (uint16_t *)ctx->thread[0]->src[0] +
998                             ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
999             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
1000             int sum = 0;
1001             int sqsum = 0;
1002             int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
1003             int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
1004             int mean, sqmean;
1005             int i, j;
1006             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
1007             for (i = 0; i < bh; ++i) {
1008                 for (j = 0; j < bw; ++j) {
1009                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
1010                     const int sample = (unsigned) pix[j] >> 6;
1011                     sum   += sample;
1012                     sqsum += sample * sample;
1013                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
1014                 }
1015                 pix += linesize;
1016             }
1017             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
1018             sqmean = sqsum >> 8;
1019             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
1020             ctx->mb_cmp[mb].mb    = mb;
1021         }
1022     }
1023     return 0;
1024 }
1025
1026 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
1027 {
1028     int lambda, up_step, down_step;
1029     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
1030     int x, y, q;
1031
1032     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
1033         ctx->qscale = q;
1034         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread,
1035                         NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1036     }
1037     up_step = down_step = 2 << LAMBDA_FRAC_BITS;
1038     lambda  = ctx->lambda;
1039
1040     for (;;) {
1041         int bits = 0;
1042         int end  = 0;
1043         if (lambda == last_higher) {
1044             lambda++;
1045             end = 1; // need to set final qscales/bits
1046         }
1047         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1048             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
1049                 unsigned min = UINT_MAX;
1050                 int qscale = 1;
1051                 int mb     = y * ctx->m.mb_width + x;
1052                 int rc = 0;
1053                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
1054                     int i = (q*ctx->m.mb_num) + mb;
1055                     unsigned score = ctx->mb_rc[i].bits * lambda +
1056                                      ((unsigned) ctx->mb_rc[i].ssd << LAMBDA_FRAC_BITS);
1057                     if (score < min) {
1058                         min    = score;
1059                         qscale = q;
1060                         rc = i;
1061                     }
1062                 }
1063                 bits += ctx->mb_rc[rc].bits;
1064                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
1065                 ctx->mb_bits[mb]   = ctx->mb_rc[rc].bits;
1066             }
1067             bits = (bits + 31) & ~31; // padding
1068             if (bits > ctx->frame_bits)
1069                 break;
1070         }
1071         if (end) {
1072             if (bits > ctx->frame_bits)
1073                 return AVERROR(EINVAL);
1074             break;
1075         }
1076         if (bits < ctx->frame_bits) {
1077             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
1078             if (last_higher != 0)
1079                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
1080             else
1081                 lambda -= down_step;
1082             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
1083             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
1084             lambda = FFMAX(1, lambda);
1085             if (lambda == last_lower)
1086                 break;
1087         } else {
1088             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
1089             if (last_lower != INT_MAX)
1090                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
1091             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
1092                 return AVERROR(EINVAL);
1093             else
1094                 lambda += up_step;
1095             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
1096             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
1097         }
1098     }
1099     ctx->lambda = lambda;
1100     return 0;
1101 }
1102
1103 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
1104 {
1105     int bits = 0;
1106     int up_step = 1;
1107     int down_step = 1;
1108     int last_higher = 0;
1109     int last_lower = INT_MAX;
1110     int qscale;
1111     int x, y;
1112
1113     qscale = ctx->qscale;
1114     for (;;) {
1115         bits = 0;
1116         ctx->qscale = qscale;
1117         // XXX avoid recalculating bits
1118         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread,
1119                                NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1120         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1121             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
1122                 bits += ctx->mb_rc[(qscale*ctx->m.mb_num) + (y*ctx->m.mb_width+x)].bits;
1123             bits = (bits+31)&~31; // padding
1124             if (bits > ctx->frame_bits)
1125                 break;
1126         }
1127         if (bits < ctx->frame_bits) {
1128             if (qscale == 1)
1129                 return 1;
1130             if (last_higher == qscale - 1) {
1131                 qscale = last_higher;
1132                 break;
1133             }
1134             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
1135             if (last_higher != 0)
1136                 qscale = (qscale + last_higher) >> 1;
1137             else
1138                 qscale -= down_step++;
1139             if (qscale < 1)
1140                 qscale = 1;
1141             up_step = 1;
1142         } else {
1143             if (last_lower == qscale + 1)
1144                 break;
1145             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
1146             if (last_lower != INT_MAX)
1147                 qscale = (qscale + last_lower) >> 1;
1148             else
1149                 qscale += up_step++;
1150             down_step = 1;
1151             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
1152                 return AVERROR(EINVAL);
1153         }
1154     }
1155     ctx->qscale = qscale;
1156     return 0;
1157 }
1158
1159 #define BUCKET_BITS 8
1160 #define RADIX_PASSES 4
1161 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
1162
1163 static inline int get_bucket(int value, int shift)
1164 {
1165     value >>= shift;
1166     value  &= NBUCKETS - 1;
1167     return NBUCKETS - 1 - value;
1168 }
1169
1170 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size,
1171                         int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
1172 {
1173     int i, j;
1174     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
1175     for (i = 0; i < size; i++) {
1176         int v = data[i].value;
1177         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
1178             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
1179             v >>= BUCKET_BITS;
1180         }
1181         av_assert1(!v);
1182     }
1183     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
1184         int offset = size;
1185         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
1186             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
1187         av_assert1(!buckets[j][0]);
1188     }
1189 }
1190
1191 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data,
1192                             int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
1193 {
1194     int shift = pass * BUCKET_BITS;
1195     int i;
1196     for (i = 0; i < size; i++) {
1197         int v   = get_bucket(data[i].value, shift);
1198         int pos = buckets[v]++;
1199         dst[pos] = data[i];
1200     }
1201 }
1202
1203 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, RCCMPEntry *tmp, int size)
1204 {
1205     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
1206     radix_count(data, size, buckets);
1207     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
1208     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
1209     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
1210         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
1211         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
1212     }
1213 }
1214
1215 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
1216 {
1217     int max_bits = 0;
1218     int ret, x, y;
1219     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
1220         return ret;
1221     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1222         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
1223             int mb = y * ctx->m.mb_width + x;
1224             int rc = (ctx->qscale * ctx->m.mb_num ) + mb;
1225             int delta_bits;
1226             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
1227             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[rc].bits;
1228             max_bits += ctx->mb_rc[rc].bits;
1229             if (!RC_VARIANCE) {
1230                 delta_bits = ctx->mb_rc[rc].bits -
1231                              ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1232                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
1233                 ctx->mb_cmp[mb].value =
1234                     delta_bits ? ((ctx->mb_rc[rc].ssd -
1235                                    ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].ssd) * 100) /
1236                                   delta_bits
1237                                : INT_MIN; // avoid increasing qscale
1238             }
1239         }
1240         max_bits += 31; // worst padding
1241     }
1242     if (!ret) {
1243         if (RC_VARIANCE)
1244             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread,
1245                             NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1246         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->mb_cmp_tmp, ctx->m.mb_num);
1247         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
1248             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
1249             int rc = (ctx->qscale * ctx->m.mb_num ) + mb;
1250             max_bits -= ctx->mb_rc[rc].bits -
1251                         ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1252             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale + 1;
1253             ctx->mb_bits[mb]   = ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1254         }
1255     }
1256     return 0;
1257 }
1258
1259 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
1260 {
1261     int i;
1262
1263     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
1264         ctx->thread[i]->m.linesize    = frame->linesize[0] << ctx->interlaced;
1265         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = frame->linesize[1] << ctx->interlaced;
1266         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
1267         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
1268     }
1269
1270 #if FF_API_CODED_FRAME
1271 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1272     ctx->m.avctx->coded_frame->interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
1273 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1274 #endif
1275     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
1276 }
1277
1278 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1279                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
1280 {
1281     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1282     int first_field = 1;
1283     int offset, i, ret;
1284     uint8_t *buf;
1285
1286     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->frame_size, 0)) < 0)
1287         return ret;
1288     buf = pkt->data;
1289
1290     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
1291
1292 encode_coding_unit:
1293     for (i = 0; i < 3; i++) {
1294         ctx->src[i] = frame->data[i];
1295         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
1296             ctx->src[i] += frame->linesize[i];
1297     }
1298
1299     dnxhd_write_header(avctx, buf);
1300
1301     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
1302         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
1303     else
1304         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
1305     if (ret < 0) {
1306         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1307                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
1308         return ret;
1309     }
1310
1311     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
1312
1313     offset = 0;
1314     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
1315         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
1316         offset += ctx->slice_size[i];
1317         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
1318     }
1319
1320     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
1321
1322     av_assert1(ctx->data_offset + offset + 4 <= ctx->coding_unit_size);
1323     memset(buf + ctx->data_offset + offset, 0,
1324            ctx->coding_unit_size - 4 - offset - ctx->data_offset);
1325
1326     AV_WB32(buf + ctx->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
1327
1328     if (ctx->interlaced && first_field) {
1329         first_field     = 0;
1330         ctx->cur_field ^= 1;
1331         buf            += ctx->coding_unit_size;
1332         goto encode_coding_unit;
1333     }
1334
1335 #if FF_API_CODED_FRAME
1336 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1337     avctx->coded_frame->quality = ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA;
1338 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1339 #endif
1340
1341     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt, ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, AV_PICTURE_TYPE_I);
1342
1343     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1344     *got_packet = 1;
1345     return 0;
1346 }
1347
1348 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1349 {
1350     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1351     int i;
1352
1353     av_freep(&ctx->orig_vlc_codes);
1354     av_freep(&ctx->orig_vlc_bits);
1355     av_freep(&ctx->run_codes);
1356     av_freep(&ctx->run_bits);
1357
1358     av_freep(&ctx->mb_bits);
1359     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1360     av_freep(&ctx->mb_rc);
1361     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1362     av_freep(&ctx->mb_cmp_tmp);
1363     av_freep(&ctx->slice_size);
1364     av_freep(&ctx->slice_offs);
1365
1366     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1367     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1368     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1369     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1370
1371     if (avctx->active_thread_type == FF_THREAD_SLICE) {
1372         for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1373             av_freep(&ctx->thread[i]);
1374     }
1375
1376     return 0;
1377 }
1378
1379 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1380     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1381     { NULL },
1382 };
1383
1384 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1385     .name           = "dnxhd",
1386     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1387     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1388     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1389     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1390     .init           = dnxhd_encode_init,
1391     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1392     .close          = dnxhd_encode_end,
1393     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SLICE_THREADS | AV_CODEC_CAP_FRAME_THREADS | AV_CODEC_CAP_INTRA_ONLY,
1394     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1395     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
1396         AV_PIX_FMT_YUV422P,
1397         AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1398         AV_PIX_FMT_YUV444P10,
1399         AV_PIX_FMT_GBRP10,
1400         AV_PIX_FMT_NONE
1401     },
1402     .priv_class     = &dnxhd_class,
1403     .defaults       = dnxhd_defaults,
1404     .profiles       = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_dnxhd_profiles),
1405 };