Remove casts that are useless since the argument is void *.
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhdenc.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD encoder
3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  *
5  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 //#define DEBUG
25 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
26
27 #include "avcodec.h"
28 #include "dsputil.h"
29 #include "mpegvideo.h"
30 #include "dnxhdenc.h"
31
32 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
33
34 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
35
36 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_8x4(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
37 {
38     int i;
39     for (i = 0; i < 4; i++) {
40         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
41         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
42         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
43         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
44         pixels += line_size;
45         block += 8;
46     }
47     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
48     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
49     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
50     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
51 }
52
53 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
54 {
55     int i, j, level, run;
56     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
57
58     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
59     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits , max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits ), fail);
60     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2                               , fail);
61     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits , 63                                 , fail);
62
63     ctx->vlc_codes += max_level*2;
64     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
65     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
66         for (run = 0; run < 2; run++) {
67             int index = (level<<1)|run;
68             int sign, offset = 0, alevel = level;
69
70             MASK_ABS(sign, alevel);
71             if (alevel > 64) {
72                 offset = (alevel-1)>>6;
73                 alevel -= offset<<6;
74             }
75             for (j = 0; j < 257; j++) {
76                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
77                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
78                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
79                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
80                     if (alevel) {
81                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
82                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
83                     } else {
84                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
85                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
86                     }
87                     break;
88                 }
89             }
90             assert(!alevel || j < 257);
91             if (offset) {
92                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
93                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
94             }
95         }
96     }
97     for (i = 0; i < 62; i++) {
98         int run = ctx->cid_table->run[i];
99         assert(run < 63);
100         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
101         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
102     }
103     return 0;
104  fail:
105     return -1;
106 }
107
108 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
109 {
110     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
111     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
112     int qscale, i;
113
114     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
115     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
116     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
117     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
118
119     for (i = 1; i < 64; i++) {
120         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
121         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
122     }
123     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
124                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
125     for (i = 1; i < 64; i++) {
126         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
127         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
128     }
129     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
130                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
131     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
132         for (i = 0; i < 64; i++) {
133             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
134             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
135             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
136         }
137     }
138     return 0;
139  fail:
140     return -1;
141 }
142
143 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
144 {
145     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
146     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
147         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
148
149     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
150     ctx->qscale = 1;
151     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
152     return 0;
153  fail:
154     return -1;
155 }
156
157 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
158 {
159     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
160     int i, index;
161
162     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
163     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
164         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
165         return -1;
166     }
167     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
168
169     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
170     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
171
172     ctx->m.avctx = avctx;
173     ctx->m.mb_intra = 1;
174     ctx->m.h263_aic = 1;
175
176     ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_get_pixels_8x4;
177
178     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
179     ff_dct_common_init(&ctx->m);
180 #if HAVE_MMX
181     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
182 #endif
183     if (!ctx->m.dct_quantize)
184         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
185
186     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
187     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
188
189     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
190         ctx->interlaced = 1;
191         ctx->m.mb_height /= 2;
192     }
193
194     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
195
196     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
197         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
198     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
199         return -1;
200
201     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
202         return -1;
203     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
204         return -1;
205
206     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
207     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
208     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t) , fail);
209
210     ctx->frame.key_frame = 1;
211     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
212     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
213
214     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
215         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
216         return -1;
217     }
218
219     ctx->thread[0] = ctx;
220     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
221         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
222         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
223     }
224
225     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
226         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
227         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
228     }
229
230     return 0;
231  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
232     return -1;
233 }
234
235 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
236 {
237     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
238     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
239
240     memset(buf, 0, 640);
241
242     memcpy(buf, header_prefix, 5);
243     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
244     buf[6] = 0x80; // crc flag off
245     buf[7] = 0xa0; // reserved
246     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
247     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
248     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
249
250     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
251     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
252     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
253     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
254
255     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
256
257     buf[0x167] = 0x02; // reserved
258     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
259     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
260     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
261
262     ctx->msip = buf + 0x170;
263     return 0;
264 }
265
266 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
267 {
268     int nbits;
269     if (diff < 0) {
270         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
271         diff--;
272     } else {
273         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
274     }
275     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
276              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
277 }
278
279 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
280 {
281     int last_non_zero = 0;
282     int slevel, i, j;
283
284     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
285     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
286
287     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
288         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
289         slevel = block[j];
290         if (slevel) {
291             int run_level = i - last_non_zero - 1;
292             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
293             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
294             if (run_level)
295                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
296             last_non_zero = i;
297         }
298     }
299     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
300 }
301
302 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
303 {
304     const uint8_t *weight_matrix;
305     int level;
306     int i;
307
308     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
309
310     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
311         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
312         level = block[j];
313         if (level) {
314             if (level < 0) {
315                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
316                 if (weight_matrix[i] != 32)
317                     level += 32;
318                 level >>= 6;
319                 level = -level;
320             } else {
321                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
322                 if (weight_matrix[i] != 32)
323                     level += 32;
324                 level >>= 6;
325             }
326             block[j] = level;
327         }
328     }
329 }
330
331 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
332 {
333     int score = 0;
334     int i;
335     for (i = 0; i < 64; i++)
336         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
337     return score;
338 }
339
340 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
341 {
342     int last_non_zero = 0;
343     int bits = 0;
344     int i, j, level;
345     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
346         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
347         level = block[j];
348         if (level) {
349             int run_level = i - last_non_zero - 1;
350             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
351             last_non_zero = i;
352         }
353     }
354     return bits;
355 }
356
357 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
358 {
359     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
360     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
361     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
362     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
363
364     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
365     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
366     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
367     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
368
369     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
370         if (ctx->interlaced) {
371             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
372             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
373             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
374             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
375         } else {
376             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
377             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
378         }
379     } else {
380         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
381         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
382         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
383         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
384     }
385 }
386
387 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
388 {
389     if (i&2) {
390         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
391         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
392         return 1 + (i&1);
393     } else {
394         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
395         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
396         return 0;
397     }
398 }
399
400 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
401 {
402     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
403     int mb_y, mb_x;
404     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
405
406     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
407         ctx->m.last_dc[0] =
408         ctx->m.last_dc[1] =
409         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
410
411         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
412             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
413             int ssd     = 0;
414             int ac_bits = 0;
415             int dc_bits = 0;
416             int i;
417
418             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
419
420             for (i = 0; i < 8; i++) {
421                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
422                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
423                 int overflow, nbits, diff, last_index;
424                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
425
426                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
427                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
428                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
429
430                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
431                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
432                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
433                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
434
435                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
436
437                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
438                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
439                     ctx->m.dsp.idct(block);
440                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
441                 }
442             }
443             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
444             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
445         }
446     }
447     return 0;
448 }
449
450 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
451 {
452     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
453     int mb_y, mb_x;
454
455     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
456         ctx->m.last_dc[0] =
457         ctx->m.last_dc[1] =
458         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
459         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
460             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
461             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
462             int i;
463
464             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
465
466             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
467
468             for (i = 0; i < 8; i++) {
469                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
470                 int last_index, overflow;
471                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
472                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
473                 //START_TIMER;
474                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
475                 //STOP_TIMER("encode_block");
476             }
477         }
478         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
479             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
480     }
481     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
482     return 0;
483 }
484
485 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
486 {
487     int mb_y, mb_x;
488     int i, offset = 0;
489     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
490         int thread_size = 0;
491         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
492             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
493             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
494                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
495                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
496             }
497             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
498             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
499             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
500         }
501         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
502         offset += thread_size;
503     }
504 }
505
506 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
507 {
508     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
509     int mb_y, mb_x;
510     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
511         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
512             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
513             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
514             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
515             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
516             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
517             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
518         }
519     }
520     return 0;
521 }
522
523 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
524 {
525     int lambda, up_step, down_step;
526     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
527     int x, y, q;
528
529     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
530         ctx->qscale = q;
531         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, &ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
532     }
533     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
534     lambda = ctx->lambda;
535
536     for (;;) {
537         int bits = 0;
538         int end = 0;
539         if (lambda == last_higher) {
540             lambda++;
541             end = 1; // need to set final qscales/bits
542         }
543         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
544             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
545                 unsigned min = UINT_MAX;
546                 int qscale = 1;
547                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
548                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
549                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
550                     if (score < min) {
551                         min = score;
552                         qscale = q;
553                     }
554                 }
555                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
556                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
557                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
558             }
559             bits = (bits+31)&~31; // padding
560             if (bits > ctx->frame_bits)
561                 break;
562         }
563         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
564         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
565         if (end) {
566             if (bits > ctx->frame_bits)
567                 return -1;
568             break;
569         }
570         if (bits < ctx->frame_bits) {
571             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
572             if (last_higher != 0)
573                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
574             else
575                 lambda -= down_step;
576             down_step *= 5; // XXX tune ?
577             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
578             lambda = FFMAX(1, lambda);
579             if (lambda == last_lower)
580                 break;
581         } else {
582             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
583             if (last_lower != INT_MAX)
584                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
585             else
586                 lambda += up_step;
587             up_step *= 5;
588             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
589         }
590     }
591     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
592     ctx->lambda = lambda;
593     return 0;
594 }
595
596 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
597 {
598     int bits = 0;
599     int up_step = 1;
600     int down_step = 1;
601     int last_higher = 0;
602     int last_lower = INT_MAX;
603     int qscale;
604     int x, y;
605
606     qscale = ctx->qscale;
607     for (;;) {
608         bits = 0;
609         ctx->qscale = qscale;
610         // XXX avoid recalculating bits
611         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, &ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count, sizeof(void*));
612         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
613             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
614                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
615             bits = (bits+31)&~31; // padding
616             if (bits > ctx->frame_bits)
617                 break;
618         }
619         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
620         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
621         if (bits < ctx->frame_bits) {
622             if (qscale == 1)
623                 return 1;
624             if (last_higher == qscale - 1) {
625                 qscale = last_higher;
626                 break;
627             }
628             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
629             if (last_higher != 0)
630                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
631             else
632                 qscale -= down_step++;
633             if (qscale < 1)
634                 qscale = 1;
635             up_step = 1;
636         } else {
637             if (last_lower == qscale + 1)
638                 break;
639             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
640             if (last_lower != INT_MAX)
641                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
642             else
643                 qscale += up_step++;
644             down_step = 1;
645             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
646                 return -1;
647         }
648     }
649     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
650     ctx->qscale = qscale;
651     return 0;
652 }
653
654 #define BUCKET_BITS 8
655 #define RADIX_PASSES 4
656 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
657
658 static inline int get_bucket(int value, int shift)
659 {
660     value >>= shift;
661     value &= NBUCKETS - 1;
662     return NBUCKETS - 1 - value;
663 }
664
665 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
666 {
667     int i, j;
668     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
669     for (i = 0; i < size; i++) {
670         int v = data[i].value;
671         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
672             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
673             v >>= BUCKET_BITS;
674         }
675         assert(!v);
676     }
677     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
678         int offset = size;
679         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
680             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
681         assert(!buckets[j][0]);
682     }
683 }
684
685 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
686 {
687     int shift = pass * BUCKET_BITS;
688     int i;
689     for (i = 0; i < size; i++) {
690         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
691         int pos = buckets[v]++;
692         dst[pos] = data[i];
693     }
694 }
695
696 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
697 {
698     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
699     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
700     radix_count(data, size, buckets);
701     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
702     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
703     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
704         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
705         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
706     }
707     av_free(tmp);
708 }
709
710 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
711 {
712     int max_bits = 0;
713     int ret, x, y;
714     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
715         return -1;
716     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
717         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
718             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
719             int delta_bits;
720             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
721             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
722             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
723             if (!RC_VARIANCE) {
724                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
725                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
726                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
727                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
728                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
729             }
730         }
731         max_bits += 31; //worst padding
732     }
733     if (!ret) {
734         if (RC_VARIANCE)
735             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, &ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
736         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
737         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
738             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
739             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
740             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
741             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
742         }
743     }
744     return 0;
745 }
746
747 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
748 {
749     int i;
750
751     for (i = 0; i < 3; i++) {
752         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
753         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
754     }
755
756     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
757         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
758         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
759         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
760         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
761     }
762
763     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
764     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
765 }
766
767 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
768 {
769     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
770     int first_field = 1;
771     int offset, i, ret;
772
773     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
774         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
775         return -1;
776     }
777
778     dnxhd_load_picture(ctx, data);
779
780  encode_coding_unit:
781     for (i = 0; i < 3; i++) {
782         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
783         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
784             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
785     }
786
787     dnxhd_write_header(avctx, buf);
788
789     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
790         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
791     else
792         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
793     if (ret < 0) {
794         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
795         return -1;
796     }
797
798     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
799
800     offset = 0;
801     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
802         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
803         offset += ctx->slice_size[i];
804         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
805     }
806
807     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, &ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
808
809     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
810     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
811
812     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
813
814     if (ctx->interlaced && first_field) {
815         first_field     = 0;
816         ctx->cur_field ^= 1;
817         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
818         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
819         goto encode_coding_unit;
820     }
821
822     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
823
824     return ctx->cid_table->frame_size;
825 }
826
827 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
828 {
829     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
830     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
831     int i;
832
833     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
834     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
835     av_freep(&ctx->run_codes);
836     av_freep(&ctx->run_bits);
837
838     av_freep(&ctx->mb_bits);
839     av_freep(&ctx->mb_qscale);
840     av_freep(&ctx->mb_rc);
841     av_freep(&ctx->mb_cmp);
842     av_freep(&ctx->slice_size);
843
844     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
845     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
846     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
847     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
848
849     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
850         av_freep(&ctx->thread[i]);
851
852     return 0;
853 }
854
855 AVCodec dnxhd_encoder = {
856     "dnxhd",
857     CODEC_TYPE_VIDEO,
858     CODEC_ID_DNXHD,
859     sizeof(DNXHDEncContext),
860     dnxhd_encode_init,
861     dnxhd_encode_picture,
862     dnxhd_encode_end,
863     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
864     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
865 };