958f9d4081b76ff7aafc502e1beb621d5b0082cc
[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 Libav.
8  *
9  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 "dnxhdenc.h"
32
33 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
34
35 static const AVOption options[]={
36     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), FF_OPT_TYPE_INT, 0, 0, 1, VE},
37 {NULL}
38 };
39 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
40
41 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
42
43 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
44
45 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_8x4(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
46 {
47     int i;
48     for (i = 0; i < 4; i++) {
49         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
50         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
51         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
52         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
53         pixels += line_size;
54         block += 8;
55     }
56     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
57     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
58     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
59     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
60 }
61
62 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
63 {
64     int i, j, level, run;
65     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
66
67     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
68     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits , max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits ), fail);
69     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2                               , fail);
70     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits , 63                                 , fail);
71
72     ctx->vlc_codes += max_level*2;
73     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
74     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
75         for (run = 0; run < 2; run++) {
76             int index = (level<<1)|run;
77             int sign, offset = 0, alevel = level;
78
79             MASK_ABS(sign, alevel);
80             if (alevel > 64) {
81                 offset = (alevel-1)>>6;
82                 alevel -= offset<<6;
83             }
84             for (j = 0; j < 257; j++) {
85                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
86                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
87                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
88                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
89                     if (alevel) {
90                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
91                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
92                     } else {
93                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
94                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
95                     }
96                     break;
97                 }
98             }
99             assert(!alevel || j < 257);
100             if (offset) {
101                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
102                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
103             }
104         }
105     }
106     for (i = 0; i < 62; i++) {
107         int run = ctx->cid_table->run[i];
108         assert(run < 63);
109         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
110         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
111     }
112     return 0;
113  fail:
114     return -1;
115 }
116
117 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
118 {
119     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
120     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
121     int qscale, i;
122
123     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
124     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
125     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
126     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
127
128     for (i = 1; i < 64; i++) {
129         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
130         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
131     }
132     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
133                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
134     for (i = 1; i < 64; i++) {
135         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
136         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
137     }
138     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
139                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
140     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
141         for (i = 0; i < 64; i++) {
142             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
143             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
144             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
145         }
146     }
147     return 0;
148  fail:
149     return -1;
150 }
151
152 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
153 {
154     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
155     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
156         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
157
158     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
159     ctx->qscale = 1;
160     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
161     return 0;
162  fail:
163     return -1;
164 }
165
166 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
167 {
168     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
169     int i, index;
170
171     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
172     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
173         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
174         return -1;
175     }
176     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
177
178     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
179     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
180
181     ctx->m.avctx = avctx;
182     ctx->m.mb_intra = 1;
183     ctx->m.h263_aic = 1;
184
185     ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_get_pixels_8x4;
186
187     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
188     ff_dct_common_init(&ctx->m);
189 #if HAVE_MMX
190     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
191 #endif
192     if (!ctx->m.dct_quantize)
193         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
194
195     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
196     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
197
198     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
199         ctx->interlaced = 1;
200         ctx->m.mb_height /= 2;
201     }
202
203     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
204
205     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
206         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
207     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
208         return -1;
209
210     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
211     if (ctx->nitris_compat)
212         ctx->min_padding = 1600;
213
214     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
215         return -1;
216     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
217         return -1;
218
219     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
220     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
221     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
222     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t) , fail);
223
224     ctx->frame.key_frame = 1;
225     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
226     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
227
228     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
229         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
230         return -1;
231     }
232
233     ctx->thread[0] = ctx;
234     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
235         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
236         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
237     }
238
239     return 0;
240  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
241     return -1;
242 }
243
244 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
245 {
246     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
247     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
248
249     memset(buf, 0, 640);
250
251     memcpy(buf, header_prefix, 5);
252     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
253     buf[6] = 0x80; // crc flag off
254     buf[7] = 0xa0; // reserved
255     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
256     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
257     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
258
259     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
260     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
261     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
262     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
263
264     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
265
266     buf[0x167] = 0x02; // reserved
267     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
268     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
269     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
270
271     ctx->msip = buf + 0x170;
272     return 0;
273 }
274
275 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
276 {
277     int nbits;
278     if (diff < 0) {
279         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
280         diff--;
281     } else {
282         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
283     }
284     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
285              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
286 }
287
288 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
289 {
290     int last_non_zero = 0;
291     int slevel, i, j;
292
293     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
294     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
295
296     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
297         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
298         slevel = block[j];
299         if (slevel) {
300             int run_level = i - last_non_zero - 1;
301             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
302             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
303             if (run_level)
304                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
305             last_non_zero = i;
306         }
307     }
308     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
309 }
310
311 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
312 {
313     const uint8_t *weight_matrix;
314     int level;
315     int i;
316
317     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
318
319     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
320         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
321         level = block[j];
322         if (level) {
323             if (level < 0) {
324                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
325                 if (weight_matrix[i] != 32)
326                     level += 32;
327                 level >>= 6;
328                 level = -level;
329             } else {
330                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
331                 if (weight_matrix[i] != 32)
332                     level += 32;
333                 level >>= 6;
334             }
335             block[j] = level;
336         }
337     }
338 }
339
340 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
341 {
342     int score = 0;
343     int i;
344     for (i = 0; i < 64; i++)
345         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
346     return score;
347 }
348
349 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
350 {
351     int last_non_zero = 0;
352     int bits = 0;
353     int i, j, level;
354     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
355         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
356         level = block[j];
357         if (level) {
358             int run_level = i - last_non_zero - 1;
359             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
360             last_non_zero = i;
361         }
362     }
363     return bits;
364 }
365
366 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
367 {
368     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
369     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
370     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
371     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
372
373     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
374     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
375     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
376     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
377
378     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
379         if (ctx->interlaced) {
380             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
381             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
382             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
383             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
384         } else {
385             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
386             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
387         }
388     } else {
389         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
390         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
391         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
392         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
393     }
394 }
395
396 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
397 {
398     if (i&2) {
399         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
400         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
401         return 1 + (i&1);
402     } else {
403         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
404         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
405         return 0;
406     }
407 }
408
409 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
410 {
411     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
412     int mb_y = jobnr, mb_x;
413     int qscale = ctx->qscale;
414     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
415     ctx = ctx->thread[threadnr];
416
417     ctx->m.last_dc[0] =
418     ctx->m.last_dc[1] =
419     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
420
421     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
422         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
423         int ssd     = 0;
424         int ac_bits = 0;
425         int dc_bits = 0;
426         int i;
427
428         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
429
430         for (i = 0; i < 8; i++) {
431             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
432             int overflow, nbits, diff, last_index;
433             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
434
435             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
436             last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
437             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
438
439             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
440             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
441             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
442             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
443
444             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
445
446             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
447                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
448                 ctx->m.dsp.idct(block);
449                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
450             }
451         }
452         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
453         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
454     }
455     return 0;
456 }
457
458 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
459 {
460     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
461     int mb_y = jobnr, mb_x;
462     ctx = ctx->thread[threadnr];
463     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
464
465     ctx->m.last_dc[0] =
466     ctx->m.last_dc[1] =
467     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
468     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
469         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
470         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
471         int i;
472
473         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
474
475         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
476
477         for (i = 0; i < 8; i++) {
478             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
479             int last_index, overflow;
480             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
481             last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
482             //START_TIMER;
483             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
484             //STOP_TIMER("encode_block");
485         }
486     }
487     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
488         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
489     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
490     return 0;
491 }
492
493 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
494 {
495     int mb_y, mb_x;
496     int offset = 0;
497     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
498         int thread_size;
499         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
500             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
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                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
504             }
505             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
506             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
507             thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
508         offset += thread_size;
509     }
510 }
511
512 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
513 {
514     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
515     int mb_y = jobnr, mb_x;
516     ctx = ctx->thread[threadnr];
517     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
518         unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
519         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
520         int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
521         int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
522         ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
523         ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
524     }
525     return 0;
526 }
527
528 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
529 {
530     int lambda, up_step, down_step;
531     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
532     int x, y, q;
533
534     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
535         ctx->qscale = q;
536         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
537     }
538     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
539     lambda = ctx->lambda;
540
541     for (;;) {
542         int bits = 0;
543         int end = 0;
544         if (lambda == last_higher) {
545             lambda++;
546             end = 1; // need to set final qscales/bits
547         }
548         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
549             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
550                 unsigned min = UINT_MAX;
551                 int qscale = 1;
552                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
553                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
554                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
555                     if (score < min) {
556                         min = score;
557                         qscale = q;
558                     }
559                 }
560                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
561                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
562                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
563             }
564             bits = (bits+31)&~31; // padding
565             if (bits > ctx->frame_bits)
566                 break;
567         }
568         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
569         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
570         if (end) {
571             if (bits > ctx->frame_bits)
572                 return -1;
573             break;
574         }
575         if (bits < ctx->frame_bits) {
576             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
577             if (last_higher != 0)
578                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
579             else
580                 lambda -= down_step;
581             down_step *= 5; // XXX tune ?
582             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
583             lambda = FFMAX(1, lambda);
584             if (lambda == last_lower)
585                 break;
586         } else {
587             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
588             if (last_lower != INT_MAX)
589                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
590             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
591                 return -1;
592             else
593                 lambda += up_step;
594             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
595             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
596         }
597     }
598     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
599     ctx->lambda = lambda;
600     return 0;
601 }
602
603 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
604 {
605     int bits = 0;
606     int up_step = 1;
607     int down_step = 1;
608     int last_higher = 0;
609     int last_lower = INT_MAX;
610     int qscale;
611     int x, y;
612
613     qscale = ctx->qscale;
614     for (;;) {
615         bits = 0;
616         ctx->qscale = qscale;
617         // XXX avoid recalculating bits
618         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
619         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
620             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
621                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
622             bits = (bits+31)&~31; // padding
623             if (bits > ctx->frame_bits)
624                 break;
625         }
626         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
627         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
628         if (bits < ctx->frame_bits) {
629             if (qscale == 1)
630                 return 1;
631             if (last_higher == qscale - 1) {
632                 qscale = last_higher;
633                 break;
634             }
635             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
636             if (last_higher != 0)
637                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
638             else
639                 qscale -= down_step++;
640             if (qscale < 1)
641                 qscale = 1;
642             up_step = 1;
643         } else {
644             if (last_lower == qscale + 1)
645                 break;
646             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
647             if (last_lower != INT_MAX)
648                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
649             else
650                 qscale += up_step++;
651             down_step = 1;
652             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
653                 return -1;
654         }
655     }
656     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
657     ctx->qscale = qscale;
658     return 0;
659 }
660
661 #define BUCKET_BITS 8
662 #define RADIX_PASSES 4
663 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
664
665 static inline int get_bucket(int value, int shift)
666 {
667     value >>= shift;
668     value &= NBUCKETS - 1;
669     return NBUCKETS - 1 - value;
670 }
671
672 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
673 {
674     int i, j;
675     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
676     for (i = 0; i < size; i++) {
677         int v = data[i].value;
678         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
679             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
680             v >>= BUCKET_BITS;
681         }
682         assert(!v);
683     }
684     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
685         int offset = size;
686         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
687             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
688         assert(!buckets[j][0]);
689     }
690 }
691
692 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
693 {
694     int shift = pass * BUCKET_BITS;
695     int i;
696     for (i = 0; i < size; i++) {
697         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
698         int pos = buckets[v]++;
699         dst[pos] = data[i];
700     }
701 }
702
703 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
704 {
705     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
706     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
707     radix_count(data, size, buckets);
708     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
709     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
710     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
711         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
712         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
713     }
714     av_free(tmp);
715 }
716
717 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
718 {
719     int max_bits = 0;
720     int ret, x, y;
721     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
722         return -1;
723     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
724         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
725             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
726             int delta_bits;
727             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
728             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
729             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
730             if (!RC_VARIANCE) {
731                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
732                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
733                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
734                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
735                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
736             }
737         }
738         max_bits += 31; //worst padding
739     }
740     if (!ret) {
741         if (RC_VARIANCE)
742             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
743         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
744         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
745             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
746             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
747             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
748             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
749         }
750     }
751     return 0;
752 }
753
754 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
755 {
756     int i;
757
758     for (i = 0; i < 3; i++) {
759         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
760         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
761     }
762
763     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
764         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
765         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
766         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
767         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
768     }
769
770     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
771     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
772 }
773
774 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
775 {
776     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
777     int first_field = 1;
778     int offset, i, ret;
779
780     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
781         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
782         return -1;
783     }
784
785     dnxhd_load_picture(ctx, data);
786
787  encode_coding_unit:
788     for (i = 0; i < 3; i++) {
789         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
790         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
791             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
792     }
793
794     dnxhd_write_header(avctx, buf);
795
796     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
797         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
798     else
799         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
800     if (ret < 0) {
801         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
802                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
803         return -1;
804     }
805
806     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
807
808     offset = 0;
809     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
810         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
811         offset += ctx->slice_size[i];
812         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
813     }
814
815     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
816
817     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
818     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
819
820     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
821
822     if (ctx->interlaced && first_field) {
823         first_field     = 0;
824         ctx->cur_field ^= 1;
825         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
826         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
827         goto encode_coding_unit;
828     }
829
830     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
831
832     return ctx->cid_table->frame_size;
833 }
834
835 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
836 {
837     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
838     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
839     int i;
840
841     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
842     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
843     av_freep(&ctx->run_codes);
844     av_freep(&ctx->run_bits);
845
846     av_freep(&ctx->mb_bits);
847     av_freep(&ctx->mb_qscale);
848     av_freep(&ctx->mb_rc);
849     av_freep(&ctx->mb_cmp);
850     av_freep(&ctx->slice_size);
851     av_freep(&ctx->slice_offs);
852
853     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
854     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
855     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
856     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
857
858     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
859         av_freep(&ctx->thread[i]);
860
861     return 0;
862 }
863
864 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
865     "dnxhd",
866     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
867     CODEC_ID_DNXHD,
868     sizeof(DNXHDEncContext),
869     dnxhd_encode_init,
870     dnxhd_encode_picture,
871     dnxhd_encode_end,
872     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
873     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
874     .priv_class = &class,
875 };