Merge remote-tracking branch 'qatar/master'
[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 "libavutil/opt.h"
28 #include "avcodec.h"
29 #include "dsputil.h"
30 #include "mpegvideo.h"
31 #include "mpegvideo_common.h"
32 #include "dnxhdenc.h"
33
34 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
35
36 static const AVOption options[]={
37     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), FF_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 0}, 0, 1, VE},
38 {NULL}
39 };
40 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
41
42 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
43
44 static void dnxhd_get_pixels_8x4(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
45 {
46     int i;
47     for (i = 0; i < 4; i++) {
48         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
49         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
50         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
51         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
52         pixels += line_size;
53         block += 8;
54     }
55     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
56     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
57     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
58     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
59 }
60
61 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
62 {
63     int i, j, level, run;
64     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
65
66     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
67     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
68     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
69     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
70
71     ctx->vlc_codes += max_level*2;
72     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
73     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
74         for (run = 0; run < 2; run++) {
75             int index = (level<<1)|run;
76             int sign, offset = 0, alevel = level;
77
78             MASK_ABS(sign, alevel);
79             if (alevel > 64) {
80                 offset = (alevel-1)>>6;
81                 alevel -= offset<<6;
82             }
83             for (j = 0; j < 257; j++) {
84                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
85                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
86                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
87                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
88                     if (alevel) {
89                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
90                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
91                     } else {
92                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
93                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
94                     }
95                     break;
96                 }
97             }
98             assert(!alevel || j < 257);
99             if (offset) {
100                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
101                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
102             }
103         }
104     }
105     for (i = 0; i < 62; i++) {
106         int run = ctx->cid_table->run[i];
107         assert(run < 63);
108         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
109         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
110     }
111     return 0;
112  fail:
113     return -1;
114 }
115
116 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
117 {
118     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
119     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
120     int qscale, i;
121
122     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
123     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
124     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
125     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
126
127     for (i = 1; i < 64; i++) {
128         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
129         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
130     }
131     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
132                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
133     for (i = 1; i < 64; i++) {
134         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
135         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
136     }
137     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
138                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
139     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
140         for (i = 0; i < 64; i++) {
141             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
142             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
143             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
144         }
145     }
146     return 0;
147  fail:
148     return -1;
149 }
150
151 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
152 {
153     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
154     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
155         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
156
157     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
158     ctx->qscale = 1;
159     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
160     return 0;
161  fail:
162     return -1;
163 }
164
165 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
166 {
167     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
168     int i, index;
169
170     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
171     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
172         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
173         return -1;
174     }
175     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
176
177     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
178     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
179
180     ctx->m.avctx = avctx;
181     ctx->m.mb_intra = 1;
182     ctx->m.h263_aic = 1;
183
184     ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_get_pixels_8x4;
185
186     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
187     ff_dct_common_init(&ctx->m);
188 #if HAVE_MMX
189     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
190 #endif
191     if (!ctx->m.dct_quantize)
192         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
193
194     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
195     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
196
197     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
198         ctx->interlaced = 1;
199         ctx->m.mb_height /= 2;
200     }
201
202     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
203
204     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
205         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
206     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
207         return -1;
208
209     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
210     if (ctx->nitris_compat)
211         ctx->min_padding = 1600;
212
213     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
214         return -1;
215     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
216         return -1;
217
218     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
219     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
220     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
221     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
222
223     ctx->frame.key_frame = 1;
224     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
225     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
226
227     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
228         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
229         return -1;
230     }
231
232     ctx->thread[0] = ctx;
233     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
234         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
235         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
236     }
237
238     return 0;
239  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
240     return -1;
241 }
242
243 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
244 {
245     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
246     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
247
248     memset(buf, 0, 640);
249
250     memcpy(buf, header_prefix, 5);
251     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
252     buf[6] = 0x80; // crc flag off
253     buf[7] = 0xa0; // reserved
254     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
255     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
256     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
257
258     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
259     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
260     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
261     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
262
263     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
264
265     buf[0x167] = 0x02; // reserved
266     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
267     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
268     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
269
270     ctx->msip = buf + 0x170;
271     return 0;
272 }
273
274 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
275 {
276     int nbits;
277     if (diff < 0) {
278         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
279         diff--;
280     } else {
281         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
282     }
283     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
284              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
285 }
286
287 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
288 {
289     int last_non_zero = 0;
290     int slevel, i, j;
291
292     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
293     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
294
295     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
296         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
297         slevel = block[j];
298         if (slevel) {
299             int run_level = i - last_non_zero - 1;
300             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
301             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
302             if (run_level)
303                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
304             last_non_zero = i;
305         }
306     }
307     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
308 }
309
310 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
311 {
312     const uint8_t *weight_matrix;
313     int level;
314     int i;
315
316     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
317
318     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
319         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
320         level = block[j];
321         if (level) {
322             if (level < 0) {
323                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
324                 if (weight_matrix[i] != 32)
325                     level += 32;
326                 level >>= 6;
327                 level = -level;
328             } else {
329                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
330                 if (weight_matrix[i] != 32)
331                     level += 32;
332                 level >>= 6;
333             }
334             block[j] = level;
335         }
336     }
337 }
338
339 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
340 {
341     int score = 0;
342     int i;
343     for (i = 0; i < 64; i++)
344         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
345     return score;
346 }
347
348 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
349 {
350     int last_non_zero = 0;
351     int bits = 0;
352     int i, j, level;
353     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
354         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
355         level = block[j];
356         if (level) {
357             int run_level = i - last_non_zero - 1;
358             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
359             last_non_zero = i;
360         }
361     }
362     return bits;
363 }
364
365 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
366 {
367     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
368     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
369     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
370     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
371
372     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,     ctx->m.linesize);
373     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
374     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,     ctx->m.uvlinesize);
375     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,     ctx->m.uvlinesize);
376
377     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
378         if (ctx->interlaced) {
379             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,     ctx->m.linesize);
380             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
381             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,    ctx->m.uvlinesize);
382             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,    ctx->m.uvlinesize);
383         } else {
384             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
385             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
386             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
387             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
388         }
389     } else {
390         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,     ctx->m.linesize);
391         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
392         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,    ctx->m.uvlinesize);
393         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,    ctx->m.uvlinesize);
394     }
395 }
396
397 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
398 {
399     if (i&2) {
400         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
401         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
402         return 1 + (i&1);
403     } else {
404         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
405         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
406         return 0;
407     }
408 }
409
410 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
411 {
412     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
413     int mb_y = jobnr, mb_x;
414     int qscale = ctx->qscale;
415     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
416     ctx = ctx->thread[threadnr];
417
418     ctx->m.last_dc[0] =
419     ctx->m.last_dc[1] =
420     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
421
422     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
423         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
424         int ssd     = 0;
425         int ac_bits = 0;
426         int dc_bits = 0;
427         int i;
428
429         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
430
431         for (i = 0; i < 8; i++) {
432             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
433             int overflow, nbits, diff, last_index;
434             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
435
436             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
437             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
438             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
439
440             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
441             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
442             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
443             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
444
445             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
446
447             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
448                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
449                 ctx->m.dsp.idct(block);
450                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
451             }
452         }
453         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
454         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
455     }
456     return 0;
457 }
458
459 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
460 {
461     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
462     int mb_y = jobnr, mb_x;
463     ctx = ctx->thread[threadnr];
464     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
465
466     ctx->m.last_dc[0] =
467     ctx->m.last_dc[1] =
468     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
469     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
470         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
471         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
472         int i;
473
474         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
475
476         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
477
478         for (i = 0; i < 8; i++) {
479             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
480             int last_index, overflow;
481             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
482             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
483             //START_TIMER;
484             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
485             //STOP_TIMER("encode_block");
486         }
487     }
488     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
489         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
490     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
491     return 0;
492 }
493
494 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
495 {
496     int mb_y, mb_x;
497     int offset = 0;
498     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
499         int thread_size;
500         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
501         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
502         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
503             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
504             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
505         }
506         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
507         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
508         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
509         offset += thread_size;
510     }
511 }
512
513 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
514 {
515     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
516     int mb_y = jobnr, mb_x;
517     ctx = ctx->thread[threadnr];
518     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
519         unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
520         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
521         int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
522         int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
523         ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
524         ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
525     }
526     return 0;
527 }
528
529 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
530 {
531     int lambda, up_step, down_step;
532     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
533     int x, y, q;
534
535     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
536         ctx->qscale = q;
537         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
538     }
539     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
540     lambda = ctx->lambda;
541
542     for (;;) {
543         int bits = 0;
544         int end = 0;
545         if (lambda == last_higher) {
546             lambda++;
547             end = 1; // need to set final qscales/bits
548         }
549         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
550             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
551                 unsigned min = UINT_MAX;
552                 int qscale = 1;
553                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
554                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
555                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
556                     if (score < min) {
557                         min = score;
558                         qscale = q;
559                     }
560                 }
561                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
562                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
563                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
564             }
565             bits = (bits+31)&~31; // padding
566             if (bits > ctx->frame_bits)
567                 break;
568         }
569         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
570         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
571         if (end) {
572             if (bits > ctx->frame_bits)
573                 return -1;
574             break;
575         }
576         if (bits < ctx->frame_bits) {
577             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
578             if (last_higher != 0)
579                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
580             else
581                 lambda -= down_step;
582             down_step *= 5; // XXX tune ?
583             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
584             lambda = FFMAX(1, lambda);
585             if (lambda == last_lower)
586                 break;
587         } else {
588             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
589             if (last_lower != INT_MAX)
590                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
591             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
592                 return -1;
593             else
594                 lambda += up_step;
595             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
596             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
597         }
598     }
599     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
600     ctx->lambda = lambda;
601     return 0;
602 }
603
604 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
605 {
606     int bits = 0;
607     int up_step = 1;
608     int down_step = 1;
609     int last_higher = 0;
610     int last_lower = INT_MAX;
611     int qscale;
612     int x, y;
613
614     qscale = ctx->qscale;
615     for (;;) {
616         bits = 0;
617         ctx->qscale = qscale;
618         // XXX avoid recalculating bits
619         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
620         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
621             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
622                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
623             bits = (bits+31)&~31; // padding
624             if (bits > ctx->frame_bits)
625                 break;
626         }
627         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
628         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
629         if (bits < ctx->frame_bits) {
630             if (qscale == 1)
631                 return 1;
632             if (last_higher == qscale - 1) {
633                 qscale = last_higher;
634                 break;
635             }
636             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
637             if (last_higher != 0)
638                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
639             else
640                 qscale -= down_step++;
641             if (qscale < 1)
642                 qscale = 1;
643             up_step = 1;
644         } else {
645             if (last_lower == qscale + 1)
646                 break;
647             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
648             if (last_lower != INT_MAX)
649                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
650             else
651                 qscale += up_step++;
652             down_step = 1;
653             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
654                 return -1;
655         }
656     }
657     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
658     ctx->qscale = qscale;
659     return 0;
660 }
661
662 #define BUCKET_BITS 8
663 #define RADIX_PASSES 4
664 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
665
666 static inline int get_bucket(int value, int shift)
667 {
668     value >>= shift;
669     value &= NBUCKETS - 1;
670     return NBUCKETS - 1 - value;
671 }
672
673 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
674 {
675     int i, j;
676     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
677     for (i = 0; i < size; i++) {
678         int v = data[i].value;
679         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
680             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
681             v >>= BUCKET_BITS;
682         }
683         assert(!v);
684     }
685     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
686         int offset = size;
687         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
688             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
689         assert(!buckets[j][0]);
690     }
691 }
692
693 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
694 {
695     int shift = pass * BUCKET_BITS;
696     int i;
697     for (i = 0; i < size; i++) {
698         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
699         int pos = buckets[v]++;
700         dst[pos] = data[i];
701     }
702 }
703
704 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
705 {
706     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
707     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
708     radix_count(data, size, buckets);
709     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
710     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
711     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
712         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
713         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
714     }
715     av_free(tmp);
716 }
717
718 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
719 {
720     int max_bits = 0;
721     int ret, x, y;
722     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
723         return -1;
724     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
725         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
726             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
727             int delta_bits;
728             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
729             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
730             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
731             if (!RC_VARIANCE) {
732                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
733                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
734                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
735                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
736                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
737             }
738         }
739         max_bits += 31; //worst padding
740     }
741     if (!ret) {
742         if (RC_VARIANCE)
743             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
744         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
745         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
746             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
747             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
748             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
749             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
750         }
751     }
752     return 0;
753 }
754
755 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
756 {
757     int i;
758
759     for (i = 0; i < 3; i++) {
760         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
761         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
762     }
763
764     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
765         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
766         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
767         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
768         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
769     }
770
771     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
772     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
773 }
774
775 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
776 {
777     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
778     int first_field = 1;
779     int offset, i, ret;
780
781     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
782         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
783         return -1;
784     }
785
786     dnxhd_load_picture(ctx, data);
787
788  encode_coding_unit:
789     for (i = 0; i < 3; i++) {
790         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
791         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
792             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
793     }
794
795     dnxhd_write_header(avctx, buf);
796
797     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
798         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
799     else
800         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
801     if (ret < 0) {
802         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
803                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
804         return -1;
805     }
806
807     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
808
809     offset = 0;
810     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
811         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
812         offset += ctx->slice_size[i];
813         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
814     }
815
816     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
817
818     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
819     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
820
821     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
822
823     if (ctx->interlaced && first_field) {
824         first_field     = 0;
825         ctx->cur_field ^= 1;
826         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
827         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
828         goto encode_coding_unit;
829     }
830
831     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
832
833     return ctx->cid_table->frame_size;
834 }
835
836 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
837 {
838     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
839     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
840     int i;
841
842     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
843     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
844     av_freep(&ctx->run_codes);
845     av_freep(&ctx->run_bits);
846
847     av_freep(&ctx->mb_bits);
848     av_freep(&ctx->mb_qscale);
849     av_freep(&ctx->mb_rc);
850     av_freep(&ctx->mb_cmp);
851     av_freep(&ctx->slice_size);
852     av_freep(&ctx->slice_offs);
853
854     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
855     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
856     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
857     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
858
859     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
860         av_freep(&ctx->thread[i]);
861
862     return 0;
863 }
864
865 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
866     "dnxhd",
867     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
868     CODEC_ID_DNXHD,
869     sizeof(DNXHDEncContext),
870     dnxhd_encode_init,
871     dnxhd_encode_picture,
872     dnxhd_encode_end,
873     .capabilities = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
874     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
875     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
876     .priv_class = &class,
877 };