use dsp clear_block
[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 "dnxhddata.h"
31
32 typedef struct {
33     uint16_t mb;
34     int value;
35 } RCCMPEntry;
36
37 typedef struct {
38     int ssd;
39     int bits;
40 } RCEntry;
41
42 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
43
44 typedef struct DNXHDEncContext {
45     MpegEncContext m; ///< Used for quantization dsp functions
46
47     AVFrame frame;
48     int cid;
49     const CIDEntry *cid_table;
50     uint8_t *msip; ///< Macroblock Scan Indexes Payload
51     uint32_t *slice_size;
52
53     struct DNXHDEncContext *thread[MAX_THREADS];
54
55     unsigned dct_y_offset;
56     unsigned dct_uv_offset;
57     int interlaced;
58     int cur_field;
59
60     DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, blocks[8][64]);
61
62     int      (*qmatrix_c)     [64];
63     int      (*qmatrix_l)     [64];
64     uint16_t (*qmatrix_l16)[2][64];
65     uint16_t (*qmatrix_c16)[2][64];
66
67     unsigned frame_bits;
68     uint8_t *src[3];
69
70     uint32_t *vlc_codes;
71     uint8_t  *vlc_bits;
72     uint16_t *run_codes;
73     uint8_t  *run_bits;
74
75     /** Rate control */
76     unsigned slice_bits;
77     unsigned qscale;
78     unsigned lambda;
79
80     unsigned thread_size;
81
82     uint16_t *mb_bits;
83     uint8_t  *mb_qscale;
84
85     RCCMPEntry *mb_cmp;
86     RCEntry   (*mb_rc)[8160];
87 } DNXHDEncContext;
88
89 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
90
91 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
92 {
93     int i, j, level, run;
94     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
95
96     CHECKED_ALLOCZ(ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes));
97     CHECKED_ALLOCZ(ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits));
98     CHECKED_ALLOCZ(ctx->run_codes, 63*2);
99     CHECKED_ALLOCZ(ctx->run_bits,    63);
100
101     ctx->vlc_codes += max_level*2;
102     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
103     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
104         for (run = 0; run < 2; run++) {
105             int index = (level<<1)|run;
106             int sign, offset = 0, alevel = level;
107
108             MASK_ABS(sign, alevel);
109             if (alevel > 64) {
110                 offset = (alevel-1)>>6;
111                 alevel -= offset<<6;
112             }
113             for (j = 0; j < 257; j++) {
114                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
115                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
116                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
117                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
118                     if (alevel) {
119                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
120                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
121                     } else {
122                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
123                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
124                     }
125                     break;
126                 }
127             }
128             assert(!alevel || j < 257);
129             if (offset) {
130                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
131                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
132             }
133         }
134     }
135     for (i = 0; i < 62; i++) {
136         int run = ctx->cid_table->run[i];
137         assert(run < 63);
138         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
139         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
140     }
141     return 0;
142  fail:
143     return -1;
144 }
145
146 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
147 {
148     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
149     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
150     int qscale, i;
151
152     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
153     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
154     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
155     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
156
157     for (i = 1; i < 64; i++) {
158         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
159         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
160     }
161     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
162                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
163     for (i = 1; i < 64; i++) {
164         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
165         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
166     }
167     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
168                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
169     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
170         for (i = 0; i < 64; i++) {
171             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
172             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
173             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
174         }
175     }
176     return 0;
177  fail:
178     return -1;
179 }
180
181 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
182 {
183     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry));
184     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
185         CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry));
186
187     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
188     ctx->qscale = 1;
189     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
190     return 0;
191  fail:
192     return -1;
193 }
194
195 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
196 {
197     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
198     int i, index;
199
200     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
201     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
202         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
203         return -1;
204     }
205     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
206
207     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
208     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
209
210     ctx->m.avctx = avctx;
211     ctx->m.mb_intra = 1;
212     ctx->m.h263_aic = 1;
213
214     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
215     ff_dct_common_init(&ctx->m);
216     if (!ctx->m.dct_quantize)
217         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
218
219     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
220     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
221
222     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
223         ctx->interlaced = 1;
224         ctx->m.mb_height /= 2;
225     }
226
227     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
228
229     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
230         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
231     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
232         return -1;
233
234     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
235         return -1;
236     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
237         return -1;
238
239     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
240     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
241     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
242
243     ctx->frame.key_frame = 1;
244     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
245     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
246
247     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
248         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
249         return -1;
250     }
251
252     ctx->thread[0] = ctx;
253     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
254         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
255         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
256     }
257
258     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
259         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
260         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
261     }
262
263     return 0;
264  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
265     return -1;
266 }
267
268 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
269 {
270     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
271     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
272
273     memcpy(buf, header_prefix, 5);
274     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
275     buf[6] = 0x80; // crc flag off
276     buf[7] = 0xa0; // reserved
277     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
278     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
279     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
280
281     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
282     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
283     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
284     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
285
286     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
287
288     buf[0x167] = 0x02; // reserved
289     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
290     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
291     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
292
293     ctx->msip = buf + 0x170;
294     return 0;
295 }
296
297 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
298 {
299     int nbits;
300     if (diff < 0) {
301         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
302         diff--;
303     } else {
304         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
305     }
306     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
307              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
308 }
309
310 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
311 {
312     int last_non_zero = 0;
313     int slevel, i, j;
314
315     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
316     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
317
318     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
319         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
320         slevel = block[j];
321         if (slevel) {
322             int run_level = i - last_non_zero - 1;
323             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
324             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
325             if (run_level)
326                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
327             last_non_zero = i;
328         }
329     }
330     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
331 }
332
333 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
334 {
335     const uint8_t *weight_matrix;
336     int level;
337     int i;
338
339     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
340
341     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
342         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
343         level = block[j];
344         if (level) {
345             if (level < 0) {
346                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
347                 if (weight_matrix[i] != 32)
348                     level += 32;
349                 level >>= 6;
350                 level = -level;
351             } else {
352                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
353                 if (weight_matrix[i] != 32)
354                     level += 32;
355                 level >>= 6;
356             }
357             block[j] = level;
358         }
359     }
360 }
361
362 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
363 {
364     int score = 0;
365     int i;
366     for (i = 0; i < 64; i++)
367         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
368     return score;
369 }
370
371 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
372 {
373     int last_non_zero = 0;
374     int bits = 0;
375     int i, j, level;
376     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
377         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
378         level = block[j];
379         if (level) {
380             int run_level = i - last_non_zero - 1;
381             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
382             last_non_zero = i;
383         }
384     }
385     return bits;
386 }
387
388 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_4x8(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
389 {
390     int i;
391     for (i = 0; i < 4; i++) {
392         block[0] = pixels[0];
393         block[1] = pixels[1];
394         block[2] = pixels[2];
395         block[3] = pixels[3];
396         block[4] = pixels[4];
397         block[5] = pixels[5];
398         block[6] = pixels[6];
399         block[7] = pixels[7];
400         pixels += line_size;
401         block += 8;
402     }
403     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
404     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
405     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
406     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
407 }
408
409 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
410 {
411     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
412     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
413     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
414     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
415
416     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
417     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
418     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
419     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
420
421     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
422         if (ctx->interlaced) {
423             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
424             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
425             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
426             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
427         } else {
428             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
429             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
430         }
431     } else {
432         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
433         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
434         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
435         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
436     }
437 }
438
439 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
440 {
441     if (i&2) {
442         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
443         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
444         return 1 + (i&1);
445     } else {
446         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
447         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
448         return 0;
449     }
450 }
451
452 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
453 {
454     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
455     int mb_y, mb_x;
456     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
457
458     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
459         ctx->m.last_dc[0] =
460         ctx->m.last_dc[1] =
461         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
462
463         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
464             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
465             int ssd     = 0;
466             int ac_bits = 0;
467             int dc_bits = 0;
468             int i;
469
470             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
471
472             for (i = 0; i < 8; i++) {
473                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
474                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
475                 int overflow, nbits, diff, last_index;
476                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
477
478                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
479                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
480                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
481
482                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
483                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
484                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
485                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
486
487                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
488
489                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
490                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
491                     ctx->m.dsp.idct(block);
492                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
493                 }
494             }
495             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
496             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
497         }
498     }
499     return 0;
500 }
501
502 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
503 {
504     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
505     int mb_y, mb_x;
506
507     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
508         ctx->m.last_dc[0] =
509         ctx->m.last_dc[1] =
510         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
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             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
514             int i;
515
516             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
517
518             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
519
520             for (i = 0; i < 8; i++) {
521                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
522                 int last_index, overflow;
523                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
524                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
525                 //START_TIMER;
526                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
527                 //STOP_TIMER("encode_block");
528             }
529         }
530         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
531             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
532     }
533     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
534     return 0;
535 }
536
537 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
538 {
539     int mb_y, mb_x;
540     int i, offset = 0;
541     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
542         int thread_size = 0;
543         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
544             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
545             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
546                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
547                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
548             }
549             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
550             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
551             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
552         }
553         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
554         offset += thread_size;
555     }
556 }
557
558 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
559 {
560     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
561     int mb_y, mb_x;
562     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
563         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
564             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
565             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
566             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
567             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
568             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
569             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
570         }
571     }
572     return 0;
573 }
574
575 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
576 {
577     int lambda, up_step, down_step;
578     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
579     int x, y, q;
580
581     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
582         ctx->qscale = q;
583         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
584     }
585     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
586     lambda = ctx->lambda;
587
588     for (;;) {
589         int bits = 0;
590         int end = 0;
591         if (lambda == last_higher) {
592             lambda++;
593             end = 1; // need to set final qscales/bits
594         }
595         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
596             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
597                 unsigned min = UINT_MAX;
598                 int qscale = 1;
599                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
600                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
601                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
602                     if (score < min) {
603                         min = score;
604                         qscale = q;
605                     }
606                 }
607                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
608                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
609                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
610             }
611             bits = (bits+31)&~31; // padding
612             if (bits > ctx->frame_bits)
613                 break;
614         }
615         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
616         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
617         if (end) {
618             if (bits > ctx->frame_bits)
619                 return -1;
620             break;
621         }
622         if (bits < ctx->frame_bits) {
623             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
624             if (last_higher != 0)
625                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
626             else
627                 lambda -= down_step;
628             down_step *= 5; // XXX tune ?
629             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
630             lambda = FFMAX(1, lambda);
631             if (lambda == last_lower)
632                 break;
633         } else {
634             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
635             if (last_lower != INT_MAX)
636                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
637             else
638                 lambda += up_step;
639             up_step *= 5;
640             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
641         }
642     }
643     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
644     ctx->lambda = lambda;
645     return 0;
646 }
647
648 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
649 {
650     int bits = 0;
651     int up_step = 1;
652     int down_step = 1;
653     int last_higher = 0;
654     int last_lower = INT_MAX;
655     int qscale;
656     int x, y;
657
658     qscale = ctx->qscale;
659     for (;;) {
660         bits = 0;
661         ctx->qscale = qscale;
662         // XXX avoid recalculating bits
663         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count, sizeof(void*));
664         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
665             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
666                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
667             bits = (bits+31)&~31; // padding
668             if (bits > ctx->frame_bits)
669                 break;
670         }
671         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
672         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
673         if (bits < ctx->frame_bits) {
674             if (qscale == 1)
675                 return 1;
676             if (last_higher == qscale - 1) {
677                 qscale = last_higher;
678                 break;
679             }
680             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
681             if (last_higher != 0)
682                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
683             else
684                 qscale -= down_step++;
685             if (qscale < 1)
686                 qscale = 1;
687             up_step = 1;
688         } else {
689             if (last_lower == qscale + 1)
690                 break;
691             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
692             if (last_lower != INT_MAX)
693                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
694             else
695                 qscale += up_step++;
696             down_step = 1;
697             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
698                 return -1;
699         }
700     }
701     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
702     ctx->qscale = qscale;
703     return 0;
704 }
705
706 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
707 {
708     return ((const RCCMPEntry *)b)->value - ((const RCCMPEntry *)a)->value;
709 }
710
711 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
712 {
713     int max_bits = 0;
714     int ret, x, y;
715     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
716         return -1;
717     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
718         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
719             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
720             int delta_bits;
721             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
722             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
723             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
724             if (!RC_VARIANCE) {
725                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
726                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
727                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
728                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
729                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
730             }
731         }
732         max_bits += 31; //worst padding
733     }
734     if (!ret) {
735         if (RC_VARIANCE)
736             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
737         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
738         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
739             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
740             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
741             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
742             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
743         }
744     }
745     return 0;
746 }
747
748 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
749 {
750     int i;
751
752     for (i = 0; i < 3; i++) {
753         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
754         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
755     }
756
757     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
758         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
759         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
760         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
761         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
762     }
763
764     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
765     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
766 }
767
768 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, const void *data)
769 {
770     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
771     int first_field = 1;
772     int offset, i, ret;
773
774     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
775         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
776         return -1;
777     }
778
779     dnxhd_load_picture(ctx, data);
780
781  encode_coding_unit:
782     for (i = 0; i < 3; i++) {
783         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
784         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
785             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
786     }
787
788     dnxhd_write_header(avctx, buf);
789
790     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
791         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
792     else
793         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
794     if (ret < 0) {
795         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
796         return -1;
797     }
798
799     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
800
801     offset = 0;
802     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
803         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
804         offset += ctx->slice_size[i];
805         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
806     }
807
808     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
809
810     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
811
812     if (ctx->interlaced && first_field) {
813         first_field     = 0;
814         ctx->cur_field ^= 1;
815         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
816         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
817         goto encode_coding_unit;
818     }
819
820     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
821
822     return ctx->cid_table->frame_size;
823 }
824
825 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
826 {
827     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
828     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
829     int i;
830
831     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
832     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
833     av_freep(&ctx->run_codes);
834     av_freep(&ctx->run_bits);
835
836     av_freep(&ctx->mb_bits);
837     av_freep(&ctx->mb_qscale);
838     av_freep(&ctx->mb_rc);
839     av_freep(&ctx->mb_cmp);
840     av_freep(&ctx->slice_size);
841
842     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
843     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
844     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
845     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
846
847     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
848         av_freep(&ctx->thread[i]);
849
850     return 0;
851 }
852
853 AVCodec dnxhd_encoder = {
854     "dnxhd",
855     CODEC_TYPE_VIDEO,
856     CODEC_ID_DNXHD,
857     sizeof(DNXHDEncContext),
858     dnxhd_encode_init,
859     dnxhd_encode_picture,
860     dnxhd_encode_end,
861     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
862     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
863 };