typo weigth->weight
[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 Indices 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     uint16_t *table_vlc_codes;
71     uint8_t  *table_vlc_bits;
72     uint16_t *table_run_codes;
73     uint8_t  *table_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;
94
95     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_vlc_codes, 449*2);
96     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_vlc_bits,    449);
97     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_run_codes,  63*2);
98     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_run_bits,     63);
99
100     for (i = 0; i < 257; i++) {
101         int level = ctx->cid_table->ac_level[i] +
102             (ctx->cid_table->ac_run_flag[i] << 7) + (ctx->cid_table->ac_index_flag[i] << 8);
103         assert(level < 449);
104         if (ctx->cid_table->ac_level[i] == 64 && ctx->cid_table->ac_index_flag[i])
105             level -= 64; // use 0+(1<<8) level
106         ctx->table_vlc_codes[level] = ctx->cid_table->ac_codes[i];
107         ctx->table_vlc_bits [level] = ctx->cid_table->ac_bits[i];
108     }
109     for (i = 0; i < 62; i++) {
110         int run = ctx->cid_table->run[i];
111         assert(run < 63);
112         ctx->table_run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
113         ctx->table_run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
114     }
115     return 0;
116  fail:
117     return -1;
118 }
119
120 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
121 {
122     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
123     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
124     int qscale, i;
125
126     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
127     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
128     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
129     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
130
131     for (i = 1; i < 64; i++) {
132         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
133         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
134     }
135     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
136                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
137     for (i = 1; i < 64; i++) {
138         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
139         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
140     }
141     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
142                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
143     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
144         for (i = 0; i < 64; i++) {
145             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
146             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
147             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
148         }
149     }
150     return 0;
151  fail:
152     return -1;
153 }
154
155 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
156 {
157     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry));
158     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
159         CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry));
160
161     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
162     ctx->qscale = 1;
163     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
164     return 0;
165  fail:
166     return -1;
167 }
168
169 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
170 {
171     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
172     int i, index;
173
174     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
175         if      (avctx->bit_rate == 120000000)
176             ctx->cid = 1242;
177         else if (avctx->bit_rate == 185000000)
178             ctx->cid = 1243;
179     } else {
180         if      (avctx->bit_rate == 120000000)
181             ctx->cid = 1237;
182         else if (avctx->bit_rate == 185000000)
183             ctx->cid = 1238;
184     }
185     if (!ctx->cid || avctx->width != 1920 || avctx->height != 1080 || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
186         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
187         return -1;
188     }
189
190     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
191     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
192
193     ctx->m.avctx = avctx;
194     ctx->m.mb_intra = 1;
195     ctx->m.h263_aic = 1;
196
197     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
198     ff_dct_common_init(&ctx->m);
199     if (!ctx->m.dct_quantize)
200         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
201
202     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
203     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
204
205     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
206         ctx->interlaced = 1;
207         ctx->m.mb_height /= 2;
208     }
209
210     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
211
212     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
213         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
214     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
215         return -1;
216
217     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
218         return -1;
219     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
220         return -1;
221
222     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
223     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
224     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
225
226     ctx->frame.key_frame = 1;
227     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
228     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
229
230     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
231         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
232         return -1;
233     }
234
235     ctx->thread[0] = ctx;
236     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
237         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
238         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
239     }
240
241     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
242         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
243         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
244     }
245
246     return 0;
247  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
248     return -1;
249 }
250
251 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
252 {
253     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
254     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
255
256     memcpy(buf, header_prefix, 5);
257     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
258     buf[6] = 0x80; // crc flag off
259     buf[7] = 0xa0; // reserved
260     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
261     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
262     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
263
264     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
265     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
266     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
267     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
268
269     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
270
271     buf[0x167] = 0x02; // reserved
272     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
273     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
274     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
275
276     ctx->msip = buf + 0x170;
277     return 0;
278 }
279
280 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
281 {
282     int nbits;
283     if (diff < 0) {
284         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
285         diff--;
286     } else {
287         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
288     }
289     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
290              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
291 }
292
293 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
294 {
295     int last_non_zero = 0;
296     int offset = 0;
297     int slevel, i, j;
298
299     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
300     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
301
302     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
303         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
304         slevel = block[j];
305         if (slevel) {
306             int run_level = i - last_non_zero - 1;
307             int sign;
308             MASK_ABS(sign, slevel);
309             if (slevel > 64) {
310                 offset = (slevel-1) >> 6;
311                 slevel = 256 | (slevel & 63); // level 64 is treated as 0
312             }
313             if (run_level)
314                 slevel |= 128;
315             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[slevel]+1, (ctx->table_vlc_codes[slevel]<<1)|(sign&1));
316             if (offset) {
317                 put_bits(&ctx->m.pb, 4, offset);
318                 offset = 0;
319             }
320             if (run_level)
321                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_run_bits[run_level], ctx->table_run_codes[run_level]);
322             last_non_zero = i;
323         }
324     }
325     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[0], ctx->table_vlc_codes[0]); // EOB
326 }
327
328 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
329 {
330     const uint8_t *weight_matrix;
331     int level;
332     int i;
333
334     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
335
336     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
337         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
338         level = block[j];
339         if (level) {
340             if (level < 0) {
341                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
342                 if (weight_matrix[i] != 32)
343                     level += 32;
344                 level >>= 6;
345                 level = -level;
346             } else {
347                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
348                 if (weight_matrix[i] != 32)
349                     level += 32;
350                 level >>= 6;
351             }
352             block[j] = level;
353         }
354     }
355 }
356
357 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
358 {
359     int score = 0;
360     int i;
361     for (i = 0; i < 64; i++)
362         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
363     return score;
364 }
365
366 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
367 {
368     int last_non_zero = 0;
369     int bits = 0;
370     int i, j, level;
371     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
372         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
373         level = block[j];
374         if (level) {
375             int run_level = i - last_non_zero - 1;
376             level = FFABS(level);
377             if (level > 64) {
378                 level = 256 | (level & 63); // level 64 is treated as 0
379                 bits += 4;
380             }
381             level |= (!!run_level)<<7;
382             bits += ctx->table_vlc_bits[level]+1 + ctx->table_run_bits[run_level];
383             last_non_zero = i;
384         }
385     }
386     return bits;
387 }
388
389 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_4x8(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
390 {
391     int i;
392     for (i = 0; i < 4; i++) {
393         block[0] = pixels[0];
394         block[1] = pixels[1];
395         block[2] = pixels[2];
396         block[3] = pixels[3];
397         block[4] = pixels[4];
398         block[5] = pixels[5];
399         block[6] = pixels[6];
400         block[7] = pixels[7];
401         pixels += line_size;
402         block += 8;
403     }
404     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
405     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
406     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
407     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
408 }
409
410 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
411 {
412     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
413     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
414     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
415     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
416
417     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
418     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
419     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
420     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
421
422     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height) {
423         if (ctx->interlaced) {
424             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
425             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
426             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
427             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
428         } else
429             memset(ctx->blocks[4], 0, 4*64*sizeof(DCTELEM));
430     } else {
431         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
432         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
433         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
434         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
435     }
436 }
437
438 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
439 {
440     if (i&2) {
441         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
442         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
443         return 1 + (i&1);
444     } else {
445         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
446         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
447         return 0;
448     }
449 }
450
451 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
452 {
453     DNXHDEncContext *ctx = arg;
454     int mb_y, mb_x;
455     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
456
457     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
458         ctx->m.last_dc[0] =
459         ctx->m.last_dc[1] =
460         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
461
462         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
463             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
464             int ssd     = 0;
465             int ac_bits = 0;
466             int dc_bits = 0;
467             int i;
468
469             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
470
471             for (i = 0; i < 8; i++) {
472                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
473                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
474                 int overflow, nbits, diff, last_index;
475                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
476
477                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
478                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
479                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
480
481                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
482                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
483                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
484                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
485
486                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
487
488                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
489                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
490                     ctx->m.dsp.idct(block);
491                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
492                 }
493             }
494             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
495             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->table_vlc_bits[0];
496         }
497     }
498     return 0;
499 }
500
501 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
502 {
503     DNXHDEncContext *ctx = arg;
504     int mb_y, mb_x;
505
506     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
507         ctx->m.last_dc[0] =
508         ctx->m.last_dc[1] =
509         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
510         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
511             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
512             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
513             int i;
514
515             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
516
517             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
518
519             for (i = 0; i < 8; i++) {
520                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
521                 int last_index, overflow;
522                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
523                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
524                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
525             }
526         }
527         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
528             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
529     }
530     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
531     return 0;
532 }
533
534 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
535 {
536     int mb_y, mb_x;
537     int i, offset = 0;
538     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
539         int thread_size = 0;
540         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
541             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
542             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
543                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
544                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
545             }
546             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
547             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
548             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
549         }
550         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
551         offset += thread_size;
552     }
553 }
554
555 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
556 {
557     DNXHDEncContext *ctx = arg;
558     int mb_y, mb_x;
559     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
560         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
561             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
562             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
563             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
564             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
565             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
566             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
567         }
568     }
569     return 0;
570 }
571
572 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
573 {
574     unsigned lambda, up_lambda, down_lambda;
575     int x, y, q;
576
577     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
578         ctx->qscale = q;
579         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
580     }
581     up_lambda = avctx->qmax<<LAMBDA_FRAC_BITS;
582     down_lambda = 1; // higher ?
583     lambda = ctx->lambda;
584
585     for (;;) {
586         int bits = 0;
587         int end = 0;
588         if (lambda == up_lambda) {
589             lambda--;
590             end = 1; // need to set final qscales/bits
591         }
592         if (lambda == down_lambda) {
593             lambda++;
594             end = 1;
595         }
596         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
597             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
598                 unsigned min = UINT_MAX;
599                 int qscale = 1;
600                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
601                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
602                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
603                     if (score < min) {
604                         min = score;
605                         qscale = q;
606                     }
607                 }
608                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
609                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
610                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
611             }
612             bits = (bits+31)&~31; // padding
613             if (bits > ctx->frame_bits)
614                 break;
615         }
616         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %d, down %d, bits %d, frame %d\n", lambda, up_lambda, down_lambda, 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             up_lambda = lambda;
624             lambda = (down_lambda+lambda)>>1;
625         } else {
626             down_lambda = lambda;
627             lambda = (up_lambda+lambda)>>1;
628         }
629     }
630     ctx->lambda = lambda;
631     return 0;
632 }
633
634 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
635 {
636     int bits = 0;
637     int up_step = 1;
638     int down_step = 1;
639     int last_higher = 0;
640     int last_lower = INT_MAX;
641     int qscale;
642     int x, y;
643
644     qscale = ctx->qscale;
645     for (;;) {
646         bits = 0;
647         ctx->qscale = qscale;
648         // XXX avoid recalculating bits
649         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count);
650         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
651             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
652                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
653             bits = (bits+31)&~31; // padding
654             if (bits > ctx->frame_bits)
655                 break;
656         }
657         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
658         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
659         if (bits < ctx->frame_bits) {
660             if (qscale == 1)
661                 break;
662             if (last_higher == qscale - 1) {
663                 qscale = last_higher;
664                 break;
665             }
666             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
667             if (last_higher != 0)
668                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
669             else
670                 qscale -= down_step++;
671             if (qscale < 1)
672                 qscale = 1;
673             up_step = 1;
674         } else {
675             if (last_lower == qscale + 1)
676                 break;
677             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
678             if (last_lower != INT_MAX)
679                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
680             else
681                 qscale += up_step++;
682             down_step = 1;
683             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
684                 return -1;
685         }
686     }
687     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
688     ctx->qscale = qscale;
689     return 0;
690 }
691
692 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
693 {
694     return ((RCCMPEntry *)b)->value - ((RCCMPEntry *)a)->value;
695 }
696
697 static int dnxhd_encode_variance(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
698 {
699     int max_bits = 0;
700     int x, y;
701     if (dnxhd_find_qscale(ctx) < 0)
702         return -1;
703     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
704         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
705             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
706             int delta_bits;
707             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
708             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
709             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
710             if (!RC_VARIANCE) {
711                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
712                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
713                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
714                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
715                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
716             }
717         }
718         max_bits += 31; //worst padding
719     }
720     if (max_bits > ctx->frame_bits) {
721         if (RC_VARIANCE)
722             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
723         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
724         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
725             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
726             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
727             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
728             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
729         }
730     }
731     return 0;
732 }
733
734 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, AVFrame *frame)
735 {
736     int i;
737
738     for (i = 0; i < 3; i++) {
739         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
740         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
741     }
742
743     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
744         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
745         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
746         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
747         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
748     }
749
750     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
751     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
752 }
753
754 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
755 {
756     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
757     int first_field = 1;
758     int offset, i, ret;
759
760     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
761         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
762         return -1;
763     }
764
765     dnxhd_load_picture(ctx, data);
766
767  encode_coding_unit:
768     for (i = 0; i < 3; i++) {
769         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
770         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
771             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
772     }
773
774     dnxhd_write_header(avctx, buf);
775
776     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
777         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
778     else
779         ret = dnxhd_encode_variance(avctx, ctx);
780     if (ret < 0) {
781         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
782         return -1;
783     }
784
785     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
786
787     offset = 0;
788     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
789         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
790         offset += ctx->slice_size[i];
791         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
792     }
793
794     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
795
796     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
797
798     if (ctx->interlaced && first_field) {
799         first_field     = 0;
800         ctx->cur_field ^= 1;
801         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
802         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
803         goto encode_coding_unit;
804     }
805
806     return ctx->cid_table->frame_size;
807 }
808
809 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
810 {
811     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
812     int i;
813
814     av_freep(&ctx->table_vlc_codes);
815     av_freep(&ctx->table_vlc_bits);
816     av_freep(&ctx->table_run_codes);
817     av_freep(&ctx->table_run_bits);
818
819     av_freep(&ctx->mb_bits);
820     av_freep(&ctx->mb_qscale);
821     av_freep(&ctx->mb_rc);
822     av_freep(&ctx->mb_cmp);
823     av_freep(&ctx->slice_size);
824
825     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
826     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
827     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
828     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
829
830     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
831         av_freep(&ctx->thread[i]);
832
833     return 0;
834 }
835
836 AVCodec dnxhd_encoder = {
837     "dnxhd",
838     CODEC_TYPE_VIDEO,
839     CODEC_ID_DNXHD,
840     sizeof(DNXHDEncContext),
841     dnxhd_encode_init,
842     dnxhd_encode_picture,
843     dnxhd_encode_end,
844     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, -1},
845 };