Use LOCAL_ALIGNED macro for local arrays
[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->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
208     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
209     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t) , fail);
210
211     ctx->frame.key_frame = 1;
212     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
213     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
214
215     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
216         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
217         return -1;
218     }
219
220     ctx->thread[0] = ctx;
221     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
222         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
223         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
224     }
225
226     return 0;
227  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
228     return -1;
229 }
230
231 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
232 {
233     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
234     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
235
236     memset(buf, 0, 640);
237
238     memcpy(buf, header_prefix, 5);
239     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
240     buf[6] = 0x80; // crc flag off
241     buf[7] = 0xa0; // reserved
242     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
243     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
244     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
245
246     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
247     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
248     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
249     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
250
251     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
252
253     buf[0x167] = 0x02; // reserved
254     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
255     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
256     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
257
258     ctx->msip = buf + 0x170;
259     return 0;
260 }
261
262 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
263 {
264     int nbits;
265     if (diff < 0) {
266         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
267         diff--;
268     } else {
269         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
270     }
271     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
272              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
273 }
274
275 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
276 {
277     int last_non_zero = 0;
278     int slevel, i, j;
279
280     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
281     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
282
283     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
284         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
285         slevel = block[j];
286         if (slevel) {
287             int run_level = i - last_non_zero - 1;
288             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
289             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
290             if (run_level)
291                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
292             last_non_zero = i;
293         }
294     }
295     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
296 }
297
298 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
299 {
300     const uint8_t *weight_matrix;
301     int level;
302     int i;
303
304     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
305
306     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
307         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
308         level = block[j];
309         if (level) {
310             if (level < 0) {
311                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
312                 if (weight_matrix[i] != 32)
313                     level += 32;
314                 level >>= 6;
315                 level = -level;
316             } else {
317                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
318                 if (weight_matrix[i] != 32)
319                     level += 32;
320                 level >>= 6;
321             }
322             block[j] = level;
323         }
324     }
325 }
326
327 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
328 {
329     int score = 0;
330     int i;
331     for (i = 0; i < 64; i++)
332         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
333     return score;
334 }
335
336 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
337 {
338     int last_non_zero = 0;
339     int bits = 0;
340     int i, j, level;
341     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
342         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
343         level = block[j];
344         if (level) {
345             int run_level = i - last_non_zero - 1;
346             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
347             last_non_zero = i;
348         }
349     }
350     return bits;
351 }
352
353 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
354 {
355     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
356     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
357     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
358     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
359
360     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
361     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
362     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
363     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
364
365     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
366         if (ctx->interlaced) {
367             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
368             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
369             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
370             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
371         } else {
372             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
373             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
374         }
375     } else {
376         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
377         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
378         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
379         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
380     }
381 }
382
383 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
384 {
385     if (i&2) {
386         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
387         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
388         return 1 + (i&1);
389     } else {
390         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
391         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
392         return 0;
393     }
394 }
395
396 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
397 {
398     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
399     int mb_y = jobnr, mb_x;
400     int qscale = ctx->qscale;
401     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
402     ctx = ctx->thread[threadnr];
403
404     ctx->m.last_dc[0] =
405     ctx->m.last_dc[1] =
406     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
407
408     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
409         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
410         int ssd     = 0;
411         int ac_bits = 0;
412         int dc_bits = 0;
413         int i;
414
415         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
416
417         for (i = 0; i < 8; i++) {
418             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
419             int overflow, nbits, diff, last_index;
420             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
421
422             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
423             last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
424             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
425
426             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
427             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
428             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
429             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
430
431             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
432
433             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
434                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
435                 ctx->m.dsp.idct(block);
436                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
437             }
438         }
439         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
440         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
441     }
442     return 0;
443 }
444
445 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
446 {
447     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
448     int mb_y = jobnr, mb_x;
449     ctx = ctx->thread[threadnr];
450     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
451
452     ctx->m.last_dc[0] =
453     ctx->m.last_dc[1] =
454     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
455     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
456         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
457         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
458         int i;
459
460         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
461
462         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
463
464         for (i = 0; i < 8; i++) {
465             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
466             int last_index, overflow;
467             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
468             last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
469             //START_TIMER;
470             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
471             //STOP_TIMER("encode_block");
472         }
473     }
474     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
475         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
476     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
477     return 0;
478 }
479
480 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
481 {
482     int mb_y, mb_x;
483     int offset = 0;
484     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
485         int thread_size;
486         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
487             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
488             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
489                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
490                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
491             }
492             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
493             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
494             thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
495         offset += thread_size;
496     }
497 }
498
499 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
500 {
501     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
502     int mb_y = jobnr, mb_x;
503     ctx = ctx->thread[threadnr];
504     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
505         unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
506         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
507         int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
508         int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
509         ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
510         ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
511     }
512     return 0;
513 }
514
515 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
516 {
517     int lambda, up_step, down_step;
518     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
519     int x, y, q;
520
521     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
522         ctx->qscale = q;
523         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
524     }
525     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
526     lambda = ctx->lambda;
527
528     for (;;) {
529         int bits = 0;
530         int end = 0;
531         if (lambda == last_higher) {
532             lambda++;
533             end = 1; // need to set final qscales/bits
534         }
535         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
536             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
537                 unsigned min = UINT_MAX;
538                 int qscale = 1;
539                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
540                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
541                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
542                     if (score < min) {
543                         min = score;
544                         qscale = q;
545                     }
546                 }
547                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
548                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
549                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
550             }
551             bits = (bits+31)&~31; // padding
552             if (bits > ctx->frame_bits)
553                 break;
554         }
555         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
556         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
557         if (end) {
558             if (bits > ctx->frame_bits)
559                 return -1;
560             break;
561         }
562         if (bits < ctx->frame_bits) {
563             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
564             if (last_higher != 0)
565                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
566             else
567                 lambda -= down_step;
568             down_step *= 5; // XXX tune ?
569             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
570             lambda = FFMAX(1, lambda);
571             if (lambda == last_lower)
572                 break;
573         } else {
574             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
575             if (last_lower != INT_MAX)
576                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
577             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
578                 return -1;
579             else
580                 lambda += up_step;
581             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
582             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
583         }
584     }
585     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
586     ctx->lambda = lambda;
587     return 0;
588 }
589
590 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
591 {
592     int bits = 0;
593     int up_step = 1;
594     int down_step = 1;
595     int last_higher = 0;
596     int last_lower = INT_MAX;
597     int qscale;
598     int x, y;
599
600     qscale = ctx->qscale;
601     for (;;) {
602         bits = 0;
603         ctx->qscale = qscale;
604         // XXX avoid recalculating bits
605         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
606         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
607             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
608                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
609             bits = (bits+31)&~31; // padding
610             if (bits > ctx->frame_bits)
611                 break;
612         }
613         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
614         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
615         if (bits < ctx->frame_bits) {
616             if (qscale == 1)
617                 return 1;
618             if (last_higher == qscale - 1) {
619                 qscale = last_higher;
620                 break;
621             }
622             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
623             if (last_higher != 0)
624                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
625             else
626                 qscale -= down_step++;
627             if (qscale < 1)
628                 qscale = 1;
629             up_step = 1;
630         } else {
631             if (last_lower == qscale + 1)
632                 break;
633             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
634             if (last_lower != INT_MAX)
635                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
636             else
637                 qscale += up_step++;
638             down_step = 1;
639             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
640                 return -1;
641         }
642     }
643     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
644     ctx->qscale = qscale;
645     return 0;
646 }
647
648 #define BUCKET_BITS 8
649 #define RADIX_PASSES 4
650 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
651
652 static inline int get_bucket(int value, int shift)
653 {
654     value >>= shift;
655     value &= NBUCKETS - 1;
656     return NBUCKETS - 1 - value;
657 }
658
659 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
660 {
661     int i, j;
662     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
663     for (i = 0; i < size; i++) {
664         int v = data[i].value;
665         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
666             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
667             v >>= BUCKET_BITS;
668         }
669         assert(!v);
670     }
671     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
672         int offset = size;
673         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
674             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
675         assert(!buckets[j][0]);
676     }
677 }
678
679 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
680 {
681     int shift = pass * BUCKET_BITS;
682     int i;
683     for (i = 0; i < size; i++) {
684         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
685         int pos = buckets[v]++;
686         dst[pos] = data[i];
687     }
688 }
689
690 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
691 {
692     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
693     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
694     radix_count(data, size, buckets);
695     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
696     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
697     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
698         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
699         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
700     }
701     av_free(tmp);
702 }
703
704 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
705 {
706     int max_bits = 0;
707     int ret, x, y;
708     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
709         return -1;
710     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
711         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
712             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
713             int delta_bits;
714             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
715             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
716             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
717             if (!RC_VARIANCE) {
718                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
719                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
720                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
721                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
722                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
723             }
724         }
725         max_bits += 31; //worst padding
726     }
727     if (!ret) {
728         if (RC_VARIANCE)
729             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
730         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
731         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
732             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
733             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
734             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
735             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
736         }
737     }
738     return 0;
739 }
740
741 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
742 {
743     int i;
744
745     for (i = 0; i < 3; i++) {
746         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
747         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
748     }
749
750     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
751         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
752         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
753         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
754         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
755     }
756
757     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
758     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
759 }
760
761 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
762 {
763     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
764     int first_field = 1;
765     int offset, i, ret;
766
767     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
768         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
769         return -1;
770     }
771
772     dnxhd_load_picture(ctx, data);
773
774  encode_coding_unit:
775     for (i = 0; i < 3; i++) {
776         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
777         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
778             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
779     }
780
781     dnxhd_write_header(avctx, buf);
782
783     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
784         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
785     else
786         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
787     if (ret < 0) {
788         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
789                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
790         return -1;
791     }
792
793     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
794
795     offset = 0;
796     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
797         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
798         offset += ctx->slice_size[i];
799         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
800     }
801
802     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
803
804     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
805     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
806
807     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
808
809     if (ctx->interlaced && first_field) {
810         first_field     = 0;
811         ctx->cur_field ^= 1;
812         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
813         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
814         goto encode_coding_unit;
815     }
816
817     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
818
819     return ctx->cid_table->frame_size;
820 }
821
822 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
823 {
824     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
825     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
826     int i;
827
828     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
829     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
830     av_freep(&ctx->run_codes);
831     av_freep(&ctx->run_bits);
832
833     av_freep(&ctx->mb_bits);
834     av_freep(&ctx->mb_qscale);
835     av_freep(&ctx->mb_rc);
836     av_freep(&ctx->mb_cmp);
837     av_freep(&ctx->slice_size);
838     av_freep(&ctx->slice_offs);
839
840     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
841     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
842     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
843     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
844
845     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
846         av_freep(&ctx->thread[i]);
847
848     return 0;
849 }
850
851 AVCodec dnxhd_encoder = {
852     "dnxhd",
853     CODEC_TYPE_VIDEO,
854     CODEC_ID_DNXHD,
855     sizeof(DNXHDEncContext),
856     dnxhd_encode_init,
857     dnxhd_encode_picture,
858     dnxhd_encode_end,
859     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
860     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
861 };