cosmetics: Group .name and .long_name together in codec/format declarations
[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 Libav.
10  *
11  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
23  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
24  */
25
26 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
27
28 #include "libavutil/attributes.h"
29 #include "libavutil/internal.h"
30 #include "libavutil/opt.h"
31 #include "avcodec.h"
32 #include "dsputil.h"
33 #include "internal.h"
34 #include "mpegvideo.h"
35 #include "dnxhdenc.h"
36
37 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
38 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
39
40 static const AVOption options[]={
41     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, VE},
42 {NULL}
43 };
44 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
45
46 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
47
48 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
49 {
50     int i;
51     for (i = 0; i < 4; i++) {
52         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
53         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
54         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
55         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
56         pixels += line_size;
57         block += 8;
58     }
59     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
60     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
61     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
62     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
63 }
64
65 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
66 {
67     int i;
68
69     block += 32;
70
71     for (i = 0; i < 4; i++) {
72         memcpy(block + i     * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
73         memcpy(block - (i+1) * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
74     }
75 }
76
77 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
78                                     int n, int qscale, int *overflow)
79 {
80     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
81     const int *qmat = ctx->q_intra_matrix[qscale];
82     int last_non_zero = 0;
83     int i;
84
85     ctx->dsp.fdct(block);
86
87     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
88     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
89
90     for (i = 1; i < 64; ++i) {
91         int j = scantable[i];
92         int sign = block[j] >> 31;
93         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
94         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
95         block[j] = (level ^ sign) - sign;
96         if (level)
97             last_non_zero = i;
98     }
99
100     return last_non_zero;
101 }
102
103 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
104 {
105     int i, j, level, run;
106     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
107
108     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
109     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
110     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
111     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
112
113     ctx->vlc_codes += max_level*2;
114     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
115     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
116         for (run = 0; run < 2; run++) {
117             int index = (level<<1)|run;
118             int sign, offset = 0, alevel = level;
119
120             MASK_ABS(sign, alevel);
121             if (alevel > 64) {
122                 offset = (alevel-1)>>6;
123                 alevel -= offset<<6;
124             }
125             for (j = 0; j < 257; j++) {
126                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
127                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
128                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
129                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
130                     if (alevel) {
131                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
132                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
133                     } else {
134                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
135                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
136                     }
137                     break;
138                 }
139             }
140             assert(!alevel || j < 257);
141             if (offset) {
142                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
143                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
144             }
145         }
146     }
147     for (i = 0; i < 62; i++) {
148         int run = ctx->cid_table->run[i];
149         assert(run < 63);
150         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
151         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
152     }
153     return 0;
154  fail:
155     return -1;
156 }
157
158 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
159 {
160     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
161     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
162     int qscale, i;
163     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
164     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
165
166     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
167     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
168     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
169     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
170
171     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
172         for (i = 1; i < 64; i++) {
173             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
174             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
175         }
176         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
177                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
178         for (i = 1; i < 64; i++) {
179             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
180             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
181         }
182         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
183                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
184
185         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
186             for (i = 0; i < 64; i++) {
187                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
188                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
189                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
190             }
191         }
192     } else {
193         // 10-bit
194         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
195             for (i = 1; i < 64; i++) {
196                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
197
198                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
199                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
200                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
201                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
202                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
203                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
204                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
205                 // For 10-bit samples, p / s == 2
206                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
207                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
208             }
209         }
210     }
211
212     return 0;
213  fail:
214     return -1;
215 }
216
217 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
218 {
219     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
220     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
221         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
222
223     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
224     ctx->qscale = 1;
225     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
226     return 0;
227  fail:
228     return -1;
229 }
230
231 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
232 {
233     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
234     int i, index, bit_depth;
235
236     switch (avctx->pix_fmt) {
237     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
238         bit_depth = 8;
239         break;
240     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
241         bit_depth = 10;
242         break;
243     default:
244         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
245         return -1;
246     }
247
248     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
249     if (!ctx->cid) {
250         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
251         return -1;
252     }
253     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
254
255     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
256     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
257
258     ctx->m.avctx = avctx;
259     ctx->m.mb_intra = 1;
260     ctx->m.h263_aic = 1;
261
262     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
263
264     ff_dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
265     ff_dct_common_init(&ctx->m);
266     if (!ctx->m.dct_quantize)
267         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
268
269     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
270        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
271        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
272        ctx->block_width_l2 = 4;
273     } else {
274        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
275        ctx->block_width_l2 = 3;
276     }
277
278     if (ARCH_X86)
279         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
280
281     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
282     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
283
284     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
285         ctx->interlaced = 1;
286         ctx->m.mb_height /= 2;
287     }
288
289     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
290
291     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
292         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
293     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
294         return -1;
295
296     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
297     if (ctx->nitris_compat)
298         ctx->min_padding = 1600;
299
300     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
301         return -1;
302     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
303         return -1;
304
305     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
306     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
307     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
308     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
309
310     ctx->frame.key_frame = 1;
311     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
312     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
313
314     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
315         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
316         return -1;
317     }
318
319     ctx->thread[0] = ctx;
320     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
321         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
322         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
323     }
324
325     return 0;
326  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
327     return -1;
328 }
329
330 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
331 {
332     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
333     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
334
335     memset(buf, 0, 640);
336
337     memcpy(buf, header_prefix, 5);
338     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
339     buf[6] = 0x80; // crc flag off
340     buf[7] = 0xa0; // reserved
341     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
342     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
343     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
344
345     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
346     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
347     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
348     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
349
350     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
351
352     buf[0x167] = 0x02; // reserved
353     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
354     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
355     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
356
357     ctx->msip = buf + 0x170;
358     return 0;
359 }
360
361 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
362 {
363     int nbits;
364     if (diff < 0) {
365         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
366         diff--;
367     } else {
368         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
369     }
370     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
371              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
372 }
373
374 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index, int n)
375 {
376     int last_non_zero = 0;
377     int slevel, i, j;
378
379     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
380     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
381
382     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
383         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
384         slevel = block[j];
385         if (slevel) {
386             int run_level = i - last_non_zero - 1;
387             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
388             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
389             if (run_level)
390                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
391             last_non_zero = i;
392         }
393     }
394     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
395 }
396
397 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale, int last_index)
398 {
399     const uint8_t *weight_matrix;
400     int level;
401     int i;
402
403     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
404
405     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
406         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
407         level = block[j];
408         if (level) {
409             if (level < 0) {
410                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
411                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
412                     if (weight_matrix[i] != 8)
413                         level += 8;
414                     level >>= 4;
415                 } else {
416                     if (weight_matrix[i] != 32)
417                         level += 32;
418                     level >>= 6;
419                 }
420                 level = -level;
421             } else {
422                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
423                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
424                     if (weight_matrix[i] != 8)
425                         level += 8;
426                     level >>= 4;
427                 } else {
428                     if (weight_matrix[i] != 32)
429                         level += 32;
430                     level >>= 6;
431                 }
432             }
433             block[j] = level;
434         }
435     }
436 }
437
438 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
439 {
440     int score = 0;
441     int i;
442     for (i = 0; i < 64; i++)
443         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
444     return score;
445 }
446
447 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
448 {
449     int last_non_zero = 0;
450     int bits = 0;
451     int i, j, level;
452     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
453         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
454         level = block[j];
455         if (level) {
456             int run_level = i - last_non_zero - 1;
457             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
458             last_non_zero = i;
459         }
460     }
461     return bits;
462 }
463
464 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
465 {
466     const int bs = ctx->block_width_l2;
467     const int bw = 1 << bs;
468     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
469     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
470     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
471     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
472
473     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
474     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
475     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
476     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
477
478     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
479         if (ctx->interlaced) {
480             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
481             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
482             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
483             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
484         } else {
485             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
486             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
487             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
488             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
489         }
490     } else {
491         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
492         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
493         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
494         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
495     }
496 }
497
498 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
499 {
500     if (i&2) {
501         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
502         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
503         return 1 + (i&1);
504     } else {
505         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
506         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
507         return 0;
508     }
509 }
510
511 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
512 {
513     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
514     int mb_y = jobnr, mb_x;
515     int qscale = ctx->qscale;
516     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
517     ctx = ctx->thread[threadnr];
518
519     ctx->m.last_dc[0] =
520     ctx->m.last_dc[1] =
521     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
522
523     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
524         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
525         int ssd     = 0;
526         int ac_bits = 0;
527         int dc_bits = 0;
528         int i;
529
530         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
531
532         for (i = 0; i < 8; i++) {
533             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
534             int overflow, nbits, diff, last_index;
535             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
536
537             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
538             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
539             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
540
541             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
542             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
543             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
544
545             assert(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
546             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
547
548             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
549
550             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
551                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
552                 ctx->m.dsp.idct(block);
553                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
554             }
555         }
556         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
557         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
558     }
559     return 0;
560 }
561
562 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
563 {
564     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
565     int mb_y = jobnr, mb_x;
566     ctx = ctx->thread[threadnr];
567     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
568
569     ctx->m.last_dc[0] =
570     ctx->m.last_dc[1] =
571     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
572     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
573         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
574         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
575         int i;
576
577         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
578
579         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
580
581         for (i = 0; i < 8; i++) {
582             int16_t *block = ctx->blocks[i];
583             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
584             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i,
585                                                  qscale, &overflow);
586             //START_TIMER;
587             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
588             //STOP_TIMER("encode_block");
589         }
590     }
591     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
592         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
593     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
594     return 0;
595 }
596
597 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
598 {
599     int mb_y, mb_x;
600     int offset = 0;
601     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
602         int thread_size;
603         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
604         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
605         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
606             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
607             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
608         }
609         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
610         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
611         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
612         offset += thread_size;
613     }
614 }
615
616 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
617 {
618     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
619     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
620     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
621                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
622
623     ctx = ctx->thread[threadnr];
624     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
625         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
626         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
627             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
628             int sum;
629             int varc;
630
631             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16) {
632                 sum  = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
633                 varc = ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
634             } else {
635                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
636                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
637                 sum = varc = 0;
638                 for (y = 0; y < bh; y++) {
639                     for (x = 0; x < bw; x++) {
640                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
641                         sum  += val;
642                         varc += val * val;
643                     }
644                 }
645             }
646             varc = (varc - (((unsigned)sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
647
648             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
649             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
650         }
651     } else { // 10-bit
652         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
653         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
654             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
655             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
656             int sum = 0;
657             int sqsum = 0;
658             int mean, sqmean;
659             int i, j;
660             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
661             for (i = 0; i < 16; ++i) {
662                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
663                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
664                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
665                     sum += sample;
666                     sqsum += sample * sample;
667                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
668                 }
669                 pix += linesize;
670             }
671             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
672             sqmean = sqsum >> 8;
673             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
674             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
675         }
676     }
677     return 0;
678 }
679
680 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
681 {
682     int lambda, up_step, down_step;
683     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
684     int x, y, q;
685
686     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
687         ctx->qscale = q;
688         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
689     }
690     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
691     lambda = ctx->lambda;
692
693     for (;;) {
694         int bits = 0;
695         int end = 0;
696         if (lambda == last_higher) {
697             lambda++;
698             end = 1; // need to set final qscales/bits
699         }
700         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
701             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
702                 unsigned min = UINT_MAX;
703                 int qscale = 1;
704                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
705                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
706                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
707                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
708                     if (score < min) {
709                         min = score;
710                         qscale = q;
711                     }
712                 }
713                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
714                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
715                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
716             }
717             bits = (bits+31)&~31; // padding
718             if (bits > ctx->frame_bits)
719                 break;
720         }
721         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
722         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
723         if (end) {
724             if (bits > ctx->frame_bits)
725                 return -1;
726             break;
727         }
728         if (bits < ctx->frame_bits) {
729             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
730             if (last_higher != 0)
731                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
732             else
733                 lambda -= down_step;
734             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
735             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
736             lambda = FFMAX(1, lambda);
737             if (lambda == last_lower)
738                 break;
739         } else {
740             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
741             if (last_lower != INT_MAX)
742                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
743             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
744                 return -1;
745             else
746                 lambda += up_step;
747             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
748             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
749         }
750     }
751     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
752     ctx->lambda = lambda;
753     return 0;
754 }
755
756 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
757 {
758     int bits = 0;
759     int up_step = 1;
760     int down_step = 1;
761     int last_higher = 0;
762     int last_lower = INT_MAX;
763     int qscale;
764     int x, y;
765
766     qscale = ctx->qscale;
767     for (;;) {
768         bits = 0;
769         ctx->qscale = qscale;
770         // XXX avoid recalculating bits
771         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
772         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
773             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
774                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
775             bits = (bits+31)&~31; // padding
776             if (bits > ctx->frame_bits)
777                 break;
778         }
779         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
780         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
781         if (bits < ctx->frame_bits) {
782             if (qscale == 1)
783                 return 1;
784             if (last_higher == qscale - 1) {
785                 qscale = last_higher;
786                 break;
787             }
788             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
789             if (last_higher != 0)
790                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
791             else
792                 qscale -= down_step++;
793             if (qscale < 1)
794                 qscale = 1;
795             up_step = 1;
796         } else {
797             if (last_lower == qscale + 1)
798                 break;
799             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
800             if (last_lower != INT_MAX)
801                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
802             else
803                 qscale += up_step++;
804             down_step = 1;
805             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
806                 return -1;
807         }
808     }
809     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
810     ctx->qscale = qscale;
811     return 0;
812 }
813
814 #define BUCKET_BITS 8
815 #define RADIX_PASSES 4
816 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
817
818 static inline int get_bucket(int value, int shift)
819 {
820     value >>= shift;
821     value &= NBUCKETS - 1;
822     return NBUCKETS - 1 - value;
823 }
824
825 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
826 {
827     int i, j;
828     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
829     for (i = 0; i < size; i++) {
830         int v = data[i].value;
831         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
832             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
833             v >>= BUCKET_BITS;
834         }
835         assert(!v);
836     }
837     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
838         int offset = size;
839         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
840             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
841         assert(!buckets[j][0]);
842     }
843 }
844
845 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
846 {
847     int shift = pass * BUCKET_BITS;
848     int i;
849     for (i = 0; i < size; i++) {
850         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
851         int pos = buckets[v]++;
852         dst[pos] = data[i];
853     }
854 }
855
856 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
857 {
858     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
859     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
860     radix_count(data, size, buckets);
861     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
862     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
863     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
864         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
865         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
866     }
867     av_free(tmp);
868 }
869
870 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
871 {
872     int max_bits = 0;
873     int ret, x, y;
874     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
875         return -1;
876     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
877         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
878             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
879             int delta_bits;
880             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
881             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
882             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
883             if (!RC_VARIANCE) {
884                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
885                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
886                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
887                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
888                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
889             }
890         }
891         max_bits += 31; //worst padding
892     }
893     if (!ret) {
894         if (RC_VARIANCE)
895             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
896         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
897         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
898             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
899             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
900             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
901             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
902         }
903     }
904     return 0;
905 }
906
907 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
908 {
909     int i;
910
911     for (i = 0; i < 3; i++) {
912         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
913         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
914     }
915
916     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
917         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
918         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
919         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
920         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
921     }
922
923     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
924     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
925 }
926
927 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
928                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
929 {
930     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
931     int first_field = 1;
932     int offset, i, ret;
933     uint8_t *buf;
934
935     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0) {
936         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
937         return ret;
938     }
939     buf = pkt->data;
940
941     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
942
943  encode_coding_unit:
944     for (i = 0; i < 3; i++) {
945         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
946         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
947             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
948     }
949
950     dnxhd_write_header(avctx, buf);
951
952     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
953         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
954     else
955         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
956     if (ret < 0) {
957         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
958                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
959         return -1;
960     }
961
962     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
963
964     offset = 0;
965     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
966         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
967         offset += ctx->slice_size[i];
968         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
969     }
970
971     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
972
973     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
974     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
975
976     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
977
978     if (ctx->interlaced && first_field) {
979         first_field     = 0;
980         ctx->cur_field ^= 1;
981         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
982         goto encode_coding_unit;
983     }
984
985     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
986
987     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
988     *got_packet = 1;
989     return 0;
990 }
991
992 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
993 {
994     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
995     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
996     int i;
997
998     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
999     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
1000     av_freep(&ctx->run_codes);
1001     av_freep(&ctx->run_bits);
1002
1003     av_freep(&ctx->mb_bits);
1004     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1005     av_freep(&ctx->mb_rc);
1006     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1007     av_freep(&ctx->slice_size);
1008     av_freep(&ctx->slice_offs);
1009
1010     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1011     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1012     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1013     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1014
1015     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1016         av_freep(&ctx->thread[i]);
1017
1018     return 0;
1019 }
1020
1021 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1022     .name           = "dnxhd",
1023     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1024     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1025     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1026     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1027     .init           = dnxhd_encode_init,
1028     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1029     .close          = dnxhd_encode_end,
1030     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1031     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV422P,
1032                                                   AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1033                                                   AV_PIX_FMT_NONE },
1034     .priv_class     = &class,
1035 };