fix corner case when qscale 1 bits < frame bits but max bits with worst padding ...
[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         else if (avctx->bit_rate ==  36000000)
185             ctx->cid = 1253;
186     }
187     if (!ctx->cid || avctx->width != 1920 || avctx->height != 1080 || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
188         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
189         return -1;
190     }
191
192     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
193     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
194
195     ctx->m.avctx = avctx;
196     ctx->m.mb_intra = 1;
197     ctx->m.h263_aic = 1;
198
199     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
200     ff_dct_common_init(&ctx->m);
201     if (!ctx->m.dct_quantize)
202         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
203
204     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
205     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
206
207     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
208         ctx->interlaced = 1;
209         ctx->m.mb_height /= 2;
210     }
211
212     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
213
214     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
215         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
216     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
217         return -1;
218
219     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
220         return -1;
221     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
222         return -1;
223
224     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
225     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
226     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
227
228     ctx->frame.key_frame = 1;
229     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
230     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
231
232     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
233         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
234         return -1;
235     }
236
237     ctx->thread[0] = ctx;
238     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
239         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
240         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
241     }
242
243     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
244         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
245         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
246     }
247
248     return 0;
249  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
250     return -1;
251 }
252
253 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
254 {
255     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
256     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
257
258     memcpy(buf, header_prefix, 5);
259     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
260     buf[6] = 0x80; // crc flag off
261     buf[7] = 0xa0; // reserved
262     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
263     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
264     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
265
266     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
267     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
268     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
269     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
270
271     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
272
273     buf[0x167] = 0x02; // reserved
274     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
275     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
276     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
277
278     ctx->msip = buf + 0x170;
279     return 0;
280 }
281
282 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
283 {
284     int nbits;
285     if (diff < 0) {
286         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
287         diff--;
288     } else {
289         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
290     }
291     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
292              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
293 }
294
295 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
296 {
297     int last_non_zero = 0;
298     int offset = 0;
299     int slevel, i, j;
300
301     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
302     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
303
304     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
305         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
306         slevel = block[j];
307         if (slevel) {
308             int run_level = i - last_non_zero - 1;
309             int sign;
310             MASK_ABS(sign, slevel);
311             if (slevel > 64) {
312                 offset = (slevel-1) >> 6;
313                 slevel = 256 | (slevel & 63); // level 64 is treated as 0
314             }
315             if (run_level)
316                 slevel |= 128;
317             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[slevel]+1, (ctx->table_vlc_codes[slevel]<<1)|(sign&1));
318             if (offset) {
319                 put_bits(&ctx->m.pb, 4, offset);
320                 offset = 0;
321             }
322             if (run_level)
323                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_run_bits[run_level], ctx->table_run_codes[run_level]);
324             last_non_zero = i;
325         }
326     }
327     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[0], ctx->table_vlc_codes[0]); // EOB
328 }
329
330 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
331 {
332     const uint8_t *weight_matrix;
333     int level;
334     int i;
335
336     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
337
338     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
339         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
340         level = block[j];
341         if (level) {
342             if (level < 0) {
343                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
344                 if (weight_matrix[i] != 32)
345                     level += 32;
346                 level >>= 6;
347                 level = -level;
348             } else {
349                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
350                 if (weight_matrix[i] != 32)
351                     level += 32;
352                 level >>= 6;
353             }
354             block[j] = level;
355         }
356     }
357 }
358
359 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
360 {
361     int score = 0;
362     int i;
363     for (i = 0; i < 64; i++)
364         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
365     return score;
366 }
367
368 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
369 {
370     int last_non_zero = 0;
371     int bits = 0;
372     int i, j, level;
373     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
374         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
375         level = block[j];
376         if (level) {
377             int run_level = i - last_non_zero - 1;
378             level = FFABS(level);
379             if (level > 64) {
380                 level = 256 | (level & 63); // level 64 is treated as 0
381                 bits += 4;
382             }
383             level |= (!!run_level)<<7;
384             bits += ctx->table_vlc_bits[level]+1 + ctx->table_run_bits[run_level];
385             last_non_zero = i;
386         }
387     }
388     return bits;
389 }
390
391 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_4x8(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
392 {
393     int i;
394     for (i = 0; i < 4; i++) {
395         block[0] = pixels[0];
396         block[1] = pixels[1];
397         block[2] = pixels[2];
398         block[3] = pixels[3];
399         block[4] = pixels[4];
400         block[5] = pixels[5];
401         block[6] = pixels[6];
402         block[7] = pixels[7];
403         pixels += line_size;
404         block += 8;
405     }
406     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
407     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
408     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
409     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
410 }
411
412 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
413 {
414     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
415     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
416     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
417     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
418
419     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
420     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
421     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
422     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
423
424     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height) {
425         if (ctx->interlaced) {
426             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
427             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
428             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
429             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
430         } else
431             memset(ctx->blocks[4], 0, 4*64*sizeof(DCTELEM));
432     } else {
433         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
434         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
435         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
436         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
437     }
438 }
439
440 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
441 {
442     if (i&2) {
443         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
444         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
445         return 1 + (i&1);
446     } else {
447         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
448         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
449         return 0;
450     }
451 }
452
453 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
454 {
455     DNXHDEncContext *ctx = arg;
456     int mb_y, mb_x;
457     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
458
459     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
460         ctx->m.last_dc[0] =
461         ctx->m.last_dc[1] =
462         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
463
464         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
465             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
466             int ssd     = 0;
467             int ac_bits = 0;
468             int dc_bits = 0;
469             int i;
470
471             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
472
473             for (i = 0; i < 8; i++) {
474                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
475                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
476                 int overflow, nbits, diff, last_index;
477                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
478
479                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
480                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
481                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
482
483                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
484                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
485                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
486                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
487
488                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
489
490                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
491                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
492                     ctx->m.dsp.idct(block);
493                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
494                 }
495             }
496             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
497             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->table_vlc_bits[0];
498         }
499     }
500     return 0;
501 }
502
503 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
504 {
505     DNXHDEncContext *ctx = arg;
506     int mb_y, mb_x;
507
508     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
509         ctx->m.last_dc[0] =
510         ctx->m.last_dc[1] =
511         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
512         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
513             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
514             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
515             int i;
516
517             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
518
519             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
520
521             for (i = 0; i < 8; i++) {
522                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
523                 int last_index, overflow;
524                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
525                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
526                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
527             }
528         }
529         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
530             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
531     }
532     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
533     return 0;
534 }
535
536 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
537 {
538     int mb_y, mb_x;
539     int i, offset = 0;
540     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
541         int thread_size = 0;
542         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
543             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
544             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
545                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
546                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
547             }
548             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
549             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
550             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
551         }
552         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
553         offset += thread_size;
554     }
555 }
556
557 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
558 {
559     DNXHDEncContext *ctx = arg;
560     int mb_y, mb_x;
561     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
562         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
563             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
564             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
565             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
566             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
567             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
568             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
569         }
570     }
571     return 0;
572 }
573
574 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
575 {
576     int lambda, up_step, down_step;
577     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
578     int x, y, q;
579
580     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
581         ctx->qscale = q;
582         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
583     }
584     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
585     lambda = ctx->lambda;
586
587     for (;;) {
588         int bits = 0;
589         int end = 0;
590         if (lambda == last_higher) {
591             lambda++;
592             end = 1; // need to set final qscales/bits
593         }
594         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
595             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
596                 unsigned min = UINT_MAX;
597                 int qscale = 1;
598                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
599                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
600                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
601                     if (score < min) {
602                         min = score;
603                         qscale = q;
604                     }
605                 }
606                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
607                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
608                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
609             }
610             bits = (bits+31)&~31; // padding
611             if (bits > ctx->frame_bits)
612                 break;
613         }
614         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
615         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
616         if (end) {
617             if (bits > ctx->frame_bits)
618                 return -1;
619             break;
620         }
621         if (bits < ctx->frame_bits) {
622             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
623             if (last_higher != 0)
624                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
625             else
626                 lambda -= down_step;
627             down_step *= 5; // XXX tune ?
628             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
629             lambda = FFMAX(1, lambda);
630             if (lambda == last_lower)
631                 break;
632         } else {
633             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
634             if (last_lower != INT_MAX)
635                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
636             else
637                 lambda += up_step;
638             up_step *= 5;
639             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
640         }
641     }
642     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
643     ctx->lambda = lambda;
644     return 0;
645 }
646
647 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
648 {
649     int bits = 0;
650     int up_step = 1;
651     int down_step = 1;
652     int last_higher = 0;
653     int last_lower = INT_MAX;
654     int qscale;
655     int x, y;
656
657     qscale = ctx->qscale;
658     for (;;) {
659         bits = 0;
660         ctx->qscale = qscale;
661         // XXX avoid recalculating bits
662         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count);
663         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
664             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
665                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
666             bits = (bits+31)&~31; // padding
667             if (bits > ctx->frame_bits)
668                 break;
669         }
670         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
671         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
672         if (bits < ctx->frame_bits) {
673             if (qscale == 1)
674                 return 1;
675             if (last_higher == qscale - 1) {
676                 qscale = last_higher;
677                 break;
678             }
679             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
680             if (last_higher != 0)
681                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
682             else
683                 qscale -= down_step++;
684             if (qscale < 1)
685                 qscale = 1;
686             up_step = 1;
687         } else {
688             if (last_lower == qscale + 1)
689                 break;
690             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
691             if (last_lower != INT_MAX)
692                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
693             else
694                 qscale += up_step++;
695             down_step = 1;
696             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
697                 return -1;
698         }
699     }
700     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
701     ctx->qscale = qscale;
702     return 0;
703 }
704
705 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
706 {
707     return ((RCCMPEntry *)b)->value - ((RCCMPEntry *)a)->value;
708 }
709
710 static int dnxhd_encode_variance(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
711 {
712     int max_bits = 0;
713     int ret, x, y;
714     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
715         return -1;
716     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
717         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
718             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
719             int delta_bits;
720             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
721             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
722             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
723             if (!RC_VARIANCE) {
724                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
725                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
726                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
727                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
728                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
729             }
730         }
731         max_bits += 31; //worst padding
732     }
733     if (!ret) {
734         if (RC_VARIANCE)
735             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
736         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
737         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
738             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
739             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
740             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
741             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
742         }
743     }
744     return 0;
745 }
746
747 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, AVFrame *frame)
748 {
749     int i;
750
751     for (i = 0; i < 3; i++) {
752         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
753         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
754     }
755
756     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
757         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
758         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
759         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
760         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
761     }
762
763     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
764     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
765 }
766
767 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
768 {
769     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
770     int first_field = 1;
771     int offset, i, ret;
772
773     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
774         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
775         return -1;
776     }
777
778     dnxhd_load_picture(ctx, data);
779
780  encode_coding_unit:
781     for (i = 0; i < 3; i++) {
782         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
783         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
784             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
785     }
786
787     dnxhd_write_header(avctx, buf);
788
789     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
790         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
791     else
792         ret = dnxhd_encode_variance(avctx, ctx);
793     if (ret < 0) {
794         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
795         return -1;
796     }
797
798     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
799
800     offset = 0;
801     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
802         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
803         offset += ctx->slice_size[i];
804         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
805     }
806
807     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
808
809     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
810
811     if (ctx->interlaced && first_field) {
812         first_field     = 0;
813         ctx->cur_field ^= 1;
814         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
815         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
816         goto encode_coding_unit;
817     }
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 i;
826
827     av_freep(&ctx->table_vlc_codes);
828     av_freep(&ctx->table_vlc_bits);
829     av_freep(&ctx->table_run_codes);
830     av_freep(&ctx->table_run_bits);
831
832     av_freep(&ctx->mb_bits);
833     av_freep(&ctx->mb_qscale);
834     av_freep(&ctx->mb_rc);
835     av_freep(&ctx->mb_cmp);
836     av_freep(&ctx->slice_size);
837
838     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
839     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
840     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
841     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
842
843     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
844         av_freep(&ctx->thread[i]);
845
846     return 0;
847 }
848
849 AVCodec dnxhd_encoder = {
850     "dnxhd",
851     CODEC_TYPE_VIDEO,
852     CODEC_ID_DNXHD,
853     sizeof(DNXHDEncContext),
854     dnxhd_encode_init,
855     dnxhd_encode_picture,
856     dnxhd_encode_end,
857     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, -1},
858 };