cosmetics: Align codec 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 DEBUG
27 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
28
29 #include "libavutil/opt.h"
30 #include "avcodec.h"
31 #include "dsputil.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "mpegvideo.h"
34 #include "mpegvideo_common.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, {.dbl = 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(DCTELEM *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(DCTELEM *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, DCTELEM *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 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 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 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 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 PIX_FMT_YUV422P:
238         bit_depth = 8;
239         break;
240     case 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 HAVE_MMX
279     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
280 #endif
281
282     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
283     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
284
285     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
286         ctx->interlaced = 1;
287         ctx->m.mb_height /= 2;
288     }
289
290     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
291
292     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
293         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
294     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
295         return -1;
296
297     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
298     if (ctx->nitris_compat)
299         ctx->min_padding = 1600;
300
301     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
302         return -1;
303     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
304         return -1;
305
306     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
307     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
308     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
309     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
310
311     ctx->frame.key_frame = 1;
312     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
313     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
314
315     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
316         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
317         return -1;
318     }
319
320     ctx->thread[0] = ctx;
321     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
322         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
323         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
324     }
325
326     return 0;
327  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
328     return -1;
329 }
330
331 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
332 {
333     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
334     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
335
336     memset(buf, 0, 640);
337
338     memcpy(buf, header_prefix, 5);
339     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
340     buf[6] = 0x80; // crc flag off
341     buf[7] = 0xa0; // reserved
342     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
343     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
344     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
345
346     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
347     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
348     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
349     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
350
351     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
352
353     buf[0x167] = 0x02; // reserved
354     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
355     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
356     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
357
358     ctx->msip = buf + 0x170;
359     return 0;
360 }
361
362 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
363 {
364     int nbits;
365     if (diff < 0) {
366         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
367         diff--;
368     } else {
369         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
370     }
371     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
372              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
373 }
374
375 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
376 {
377     int last_non_zero = 0;
378     int slevel, i, j;
379
380     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
381     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
382
383     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
384         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
385         slevel = block[j];
386         if (slevel) {
387             int run_level = i - last_non_zero - 1;
388             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
389             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
390             if (run_level)
391                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
392             last_non_zero = i;
393         }
394     }
395     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
396 }
397
398 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
399 {
400     const uint8_t *weight_matrix;
401     int level;
402     int i;
403
404     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
405
406     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
407         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
408         level = block[j];
409         if (level) {
410             if (level < 0) {
411                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
412                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
413                     if (weight_matrix[i] != 8)
414                         level += 8;
415                     level >>= 4;
416                 } else {
417                     if (weight_matrix[i] != 32)
418                         level += 32;
419                     level >>= 6;
420                 }
421                 level = -level;
422             } else {
423                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
424                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
425                     if (weight_matrix[i] != 8)
426                         level += 8;
427                     level >>= 4;
428                 } else {
429                     if (weight_matrix[i] != 32)
430                         level += 32;
431                     level >>= 6;
432                 }
433             }
434             block[j] = level;
435         }
436     }
437 }
438
439 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
440 {
441     int score = 0;
442     int i;
443     for (i = 0; i < 64; i++)
444         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
445     return score;
446 }
447
448 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
449 {
450     int last_non_zero = 0;
451     int bits = 0;
452     int i, j, level;
453     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
454         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
455         level = block[j];
456         if (level) {
457             int run_level = i - last_non_zero - 1;
458             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
459             last_non_zero = i;
460         }
461     }
462     return bits;
463 }
464
465 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
466 {
467     const int bs = ctx->block_width_l2;
468     const int bw = 1 << bs;
469     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
470     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
471     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
472     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
473
474     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
475     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
476     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
477     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
478
479     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
480         if (ctx->interlaced) {
481             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
482             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
483             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
484             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
485         } else {
486             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
487             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
488             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
489             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
490         }
491     } else {
492         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
493         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
494         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
495         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
496     }
497 }
498
499 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
500 {
501     if (i&2) {
502         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
503         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
504         return 1 + (i&1);
505     } else {
506         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
507         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
508         return 0;
509     }
510 }
511
512 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
513 {
514     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
515     int mb_y = jobnr, mb_x;
516     int qscale = ctx->qscale;
517     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
518     ctx = ctx->thread[threadnr];
519
520     ctx->m.last_dc[0] =
521     ctx->m.last_dc[1] =
522     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
523
524     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
525         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
526         int ssd     = 0;
527         int ac_bits = 0;
528         int dc_bits = 0;
529         int i;
530
531         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
532
533         for (i = 0; i < 8; i++) {
534             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
535             int overflow, nbits, diff, last_index;
536             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
537
538             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
539             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
540             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
541
542             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
543             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
544             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
545
546             assert(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
547             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
548
549             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
550
551             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
552                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
553                 ctx->m.dsp.idct(block);
554                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
555             }
556         }
557         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
558         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
559     }
560     return 0;
561 }
562
563 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
564 {
565     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
566     int mb_y = jobnr, mb_x;
567     ctx = ctx->thread[threadnr];
568     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
569
570     ctx->m.last_dc[0] =
571     ctx->m.last_dc[1] =
572     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
573     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
574         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
575         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
576         int i;
577
578         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
579
580         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
581
582         for (i = 0; i < 8; i++) {
583             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
584             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
585             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i,
586                                                  qscale, &overflow);
587             //START_TIMER;
588             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
589             //STOP_TIMER("encode_block");
590         }
591     }
592     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
593         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
594     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
595     return 0;
596 }
597
598 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
599 {
600     int mb_y, mb_x;
601     int offset = 0;
602     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
603         int thread_size;
604         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
605         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
606         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
607             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
608             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
609         }
610         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
611         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
612         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
613         offset += thread_size;
614     }
615 }
616
617 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
618 {
619     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
620     int mb_y = jobnr, mb_x;
621     ctx = ctx->thread[threadnr];
622     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
623         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
624         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
625             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
626             int sum = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
627             int varc = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)sum*sum)>>8)+128)>>8;
628             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
629             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
630         }
631     } else { // 10-bit
632         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
633         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
634             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
635             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
636             int sum = 0;
637             int sqsum = 0;
638             int mean, sqmean;
639             int i, j;
640             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
641             for (i = 0; i < 16; ++i) {
642                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
643                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
644                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
645                     sum += sample;
646                     sqsum += sample * sample;
647                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
648                 }
649                 pix += linesize;
650             }
651             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
652             sqmean = sqsum >> 8;
653             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
654             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
655         }
656     }
657     return 0;
658 }
659
660 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
661 {
662     int lambda, up_step, down_step;
663     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
664     int x, y, q;
665
666     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
667         ctx->qscale = q;
668         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
669     }
670     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
671     lambda = ctx->lambda;
672
673     for (;;) {
674         int bits = 0;
675         int end = 0;
676         if (lambda == last_higher) {
677             lambda++;
678             end = 1; // need to set final qscales/bits
679         }
680         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
681             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
682                 unsigned min = UINT_MAX;
683                 int qscale = 1;
684                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
685                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
686                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
687                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
688                     if (score < min) {
689                         min = score;
690                         qscale = q;
691                     }
692                 }
693                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
694                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
695                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
696             }
697             bits = (bits+31)&~31; // padding
698             if (bits > ctx->frame_bits)
699                 break;
700         }
701         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
702         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
703         if (end) {
704             if (bits > ctx->frame_bits)
705                 return -1;
706             break;
707         }
708         if (bits < ctx->frame_bits) {
709             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
710             if (last_higher != 0)
711                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
712             else
713                 lambda -= down_step;
714             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
715             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
716             lambda = FFMAX(1, lambda);
717             if (lambda == last_lower)
718                 break;
719         } else {
720             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
721             if (last_lower != INT_MAX)
722                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
723             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
724                 return -1;
725             else
726                 lambda += up_step;
727             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
728             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
729         }
730     }
731     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
732     ctx->lambda = lambda;
733     return 0;
734 }
735
736 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
737 {
738     int bits = 0;
739     int up_step = 1;
740     int down_step = 1;
741     int last_higher = 0;
742     int last_lower = INT_MAX;
743     int qscale;
744     int x, y;
745
746     qscale = ctx->qscale;
747     for (;;) {
748         bits = 0;
749         ctx->qscale = qscale;
750         // XXX avoid recalculating bits
751         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
752         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
753             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
754                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
755             bits = (bits+31)&~31; // padding
756             if (bits > ctx->frame_bits)
757                 break;
758         }
759         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
760         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
761         if (bits < ctx->frame_bits) {
762             if (qscale == 1)
763                 return 1;
764             if (last_higher == qscale - 1) {
765                 qscale = last_higher;
766                 break;
767             }
768             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
769             if (last_higher != 0)
770                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
771             else
772                 qscale -= down_step++;
773             if (qscale < 1)
774                 qscale = 1;
775             up_step = 1;
776         } else {
777             if (last_lower == qscale + 1)
778                 break;
779             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
780             if (last_lower != INT_MAX)
781                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
782             else
783                 qscale += up_step++;
784             down_step = 1;
785             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
786                 return -1;
787         }
788     }
789     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
790     ctx->qscale = qscale;
791     return 0;
792 }
793
794 #define BUCKET_BITS 8
795 #define RADIX_PASSES 4
796 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
797
798 static inline int get_bucket(int value, int shift)
799 {
800     value >>= shift;
801     value &= NBUCKETS - 1;
802     return NBUCKETS - 1 - value;
803 }
804
805 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
806 {
807     int i, j;
808     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
809     for (i = 0; i < size; i++) {
810         int v = data[i].value;
811         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
812             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
813             v >>= BUCKET_BITS;
814         }
815         assert(!v);
816     }
817     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
818         int offset = size;
819         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
820             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
821         assert(!buckets[j][0]);
822     }
823 }
824
825 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
826 {
827     int shift = pass * BUCKET_BITS;
828     int i;
829     for (i = 0; i < size; i++) {
830         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
831         int pos = buckets[v]++;
832         dst[pos] = data[i];
833     }
834 }
835
836 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
837 {
838     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
839     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
840     radix_count(data, size, buckets);
841     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
842     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
843     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
844         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
845         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
846     }
847     av_free(tmp);
848 }
849
850 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
851 {
852     int max_bits = 0;
853     int ret, x, y;
854     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
855         return -1;
856     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
857         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
858             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
859             int delta_bits;
860             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
861             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
862             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
863             if (!RC_VARIANCE) {
864                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
865                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
866                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
867                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
868                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
869             }
870         }
871         max_bits += 31; //worst padding
872     }
873     if (!ret) {
874         if (RC_VARIANCE)
875             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
876         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
877         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
878             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
879             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
880             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
881             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
882         }
883     }
884     return 0;
885 }
886
887 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
888 {
889     int i;
890
891     for (i = 0; i < 3; i++) {
892         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
893         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
894     }
895
896     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
897         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
898         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
899         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
900         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
901     }
902
903     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
904     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
905 }
906
907 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
908                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
909 {
910     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
911     int first_field = 1;
912     int offset, i, ret;
913     uint8_t *buf;
914
915     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0) {
916         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
917         return ret;
918     }
919     buf = pkt->data;
920
921     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
922
923  encode_coding_unit:
924     for (i = 0; i < 3; i++) {
925         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
926         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
927             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
928     }
929
930     dnxhd_write_header(avctx, buf);
931
932     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
933         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
934     else
935         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
936     if (ret < 0) {
937         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
938                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
939         return -1;
940     }
941
942     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
943
944     offset = 0;
945     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
946         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
947         offset += ctx->slice_size[i];
948         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
949     }
950
951     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
952
953     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
954     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
955
956     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
957
958     if (ctx->interlaced && first_field) {
959         first_field     = 0;
960         ctx->cur_field ^= 1;
961         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
962         goto encode_coding_unit;
963     }
964
965     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
966
967     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
968     *got_packet = 1;
969     return 0;
970 }
971
972 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
973 {
974     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
975     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
976     int i;
977
978     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
979     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
980     av_freep(&ctx->run_codes);
981     av_freep(&ctx->run_bits);
982
983     av_freep(&ctx->mb_bits);
984     av_freep(&ctx->mb_qscale);
985     av_freep(&ctx->mb_rc);
986     av_freep(&ctx->mb_cmp);
987     av_freep(&ctx->slice_size);
988     av_freep(&ctx->slice_offs);
989
990     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
991     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
992     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
993     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
994
995     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
996         av_freep(&ctx->thread[i]);
997
998     return 0;
999 }
1000
1001 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1002     .name           = "dnxhd",
1003     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1004     .id             = CODEC_ID_DNXHD,
1005     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1006     .init           = dnxhd_encode_init,
1007     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1008     .close          = dnxhd_encode_end,
1009     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1010     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]){ PIX_FMT_YUV422P,
1011                                                   PIX_FMT_YUV422P10,
1012                                                   PIX_FMT_NONE },
1013     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1014     .priv_class     = &class,
1015 };