dnxhd 720p encoding and decoding support
[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->width == 1920 && avctx->height == 1080) {
175     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
176         if      (avctx->bit_rate == 120000000)
177             ctx->cid = 1242;
178         else if (avctx->bit_rate == 185000000)
179             ctx->cid = 1243;
180     } else {
181         if      (avctx->bit_rate == 120000000)
182             ctx->cid = 1237;
183         else if (avctx->bit_rate == 185000000)
184             ctx->cid = 1238;
185         else if (avctx->bit_rate ==  36000000)
186             ctx->cid = 1253;
187     }
188     } else if (avctx->width == 1280 && avctx->height == 720 &&
189                !(avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT)) {
190             if      (avctx->bit_rate ==  90000000)
191                 ctx->cid = 1251;
192             else if (avctx->bit_rate ==  60000000)
193                 ctx->cid = 1252;
194     }
195     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
196         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
197         return -1;
198     }
199
200     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
201     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
202
203     ctx->m.avctx = avctx;
204     ctx->m.mb_intra = 1;
205     ctx->m.h263_aic = 1;
206
207     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
208     ff_dct_common_init(&ctx->m);
209     if (!ctx->m.dct_quantize)
210         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
211
212     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
213     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
214
215     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
216         ctx->interlaced = 1;
217         ctx->m.mb_height /= 2;
218     }
219
220     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
221
222     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
223         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
224     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
225         return -1;
226
227     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
228         return -1;
229     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
230         return -1;
231
232     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
233     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
234     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
235
236     ctx->frame.key_frame = 1;
237     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
238     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
239
240     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
241         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
242         return -1;
243     }
244
245     ctx->thread[0] = ctx;
246     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
247         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
248         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
249     }
250
251     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
252         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
253         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
254     }
255
256     return 0;
257  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
258     return -1;
259 }
260
261 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
262 {
263     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
264     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
265
266     memcpy(buf, header_prefix, 5);
267     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
268     buf[6] = 0x80; // crc flag off
269     buf[7] = 0xa0; // reserved
270     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
271     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
272     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
273
274     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
275     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
276     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
277     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
278
279     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
280
281     buf[0x167] = 0x02; // reserved
282     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
283     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
284     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
285
286     ctx->msip = buf + 0x170;
287     return 0;
288 }
289
290 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
291 {
292     int nbits;
293     if (diff < 0) {
294         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
295         diff--;
296     } else {
297         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
298     }
299     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
300              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
301 }
302
303 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
304 {
305     int last_non_zero = 0;
306     int offset = 0;
307     int slevel, i, j;
308
309     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
310     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
311
312     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
313         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
314         slevel = block[j];
315         if (slevel) {
316             int run_level = i - last_non_zero - 1;
317             int sign;
318             MASK_ABS(sign, slevel);
319             if (slevel > 64) {
320                 offset = (slevel-1) >> 6;
321                 slevel = 256 | (slevel & 63); // level 64 is treated as 0
322             }
323             if (run_level)
324                 slevel |= 128;
325             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[slevel]+1, (ctx->table_vlc_codes[slevel]<<1)|(sign&1));
326             if (offset) {
327                 put_bits(&ctx->m.pb, 4, offset);
328                 offset = 0;
329             }
330             if (run_level)
331                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_run_bits[run_level], ctx->table_run_codes[run_level]);
332             last_non_zero = i;
333         }
334     }
335     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[0], ctx->table_vlc_codes[0]); // EOB
336 }
337
338 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
339 {
340     const uint8_t *weight_matrix;
341     int level;
342     int i;
343
344     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
345
346     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
347         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
348         level = block[j];
349         if (level) {
350             if (level < 0) {
351                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
352                 if (weight_matrix[i] != 32)
353                     level += 32;
354                 level >>= 6;
355                 level = -level;
356             } else {
357                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
358                 if (weight_matrix[i] != 32)
359                     level += 32;
360                 level >>= 6;
361             }
362             block[j] = level;
363         }
364     }
365 }
366
367 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
368 {
369     int score = 0;
370     int i;
371     for (i = 0; i < 64; i++)
372         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
373     return score;
374 }
375
376 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
377 {
378     int last_non_zero = 0;
379     int bits = 0;
380     int i, j, level;
381     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
382         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
383         level = block[j];
384         if (level) {
385             int run_level = i - last_non_zero - 1;
386             level = FFABS(level);
387             if (level > 64) {
388                 level = 256 | (level & 63); // level 64 is treated as 0
389                 bits += 4;
390             }
391             level |= (!!run_level)<<7;
392             bits += ctx->table_vlc_bits[level]+1 + ctx->table_run_bits[run_level];
393             last_non_zero = i;
394         }
395     }
396     return bits;
397 }
398
399 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_4x8(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
400 {
401     int i;
402     for (i = 0; i < 4; i++) {
403         block[0] = pixels[0];
404         block[1] = pixels[1];
405         block[2] = pixels[2];
406         block[3] = pixels[3];
407         block[4] = pixels[4];
408         block[5] = pixels[5];
409         block[6] = pixels[6];
410         block[7] = pixels[7];
411         pixels += line_size;
412         block += 8;
413     }
414     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
415     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
416     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
417     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
418 }
419
420 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
421 {
422     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
423     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
424     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
425     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
426
427     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
428     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
429     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
430     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
431
432     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
433         if (ctx->interlaced) {
434             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
435             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
436             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
437             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
438         } else
439             memset(ctx->blocks[4], 0, 4*64*sizeof(DCTELEM));
440     } else {
441         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
442         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
443         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
444         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
445     }
446 }
447
448 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
449 {
450     if (i&2) {
451         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
452         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
453         return 1 + (i&1);
454     } else {
455         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
456         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
457         return 0;
458     }
459 }
460
461 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
462 {
463     DNXHDEncContext *ctx = arg;
464     int mb_y, mb_x;
465     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
466
467     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
468         ctx->m.last_dc[0] =
469         ctx->m.last_dc[1] =
470         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
471
472         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
473             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
474             int ssd     = 0;
475             int ac_bits = 0;
476             int dc_bits = 0;
477             int i;
478
479             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
480
481             for (i = 0; i < 8; i++) {
482                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
483                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
484                 int overflow, nbits, diff, last_index;
485                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
486
487                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
488                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
489                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
490
491                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
492                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
493                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
494                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
495
496                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
497
498                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
499                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
500                     ctx->m.dsp.idct(block);
501                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
502                 }
503             }
504             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
505             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->table_vlc_bits[0];
506         }
507     }
508     return 0;
509 }
510
511 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
512 {
513     DNXHDEncContext *ctx = arg;
514     int mb_y, mb_x;
515
516     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
517         ctx->m.last_dc[0] =
518         ctx->m.last_dc[1] =
519         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
520         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
521             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
522             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
523             int i;
524
525             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
526
527             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
528
529             for (i = 0; i < 8; i++) {
530                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
531                 int last_index, overflow;
532                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
533                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
534                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
535             }
536         }
537         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
538             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
539     }
540     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
541     return 0;
542 }
543
544 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
545 {
546     int mb_y, mb_x;
547     int i, offset = 0;
548     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
549         int thread_size = 0;
550         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
551             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
552             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
553                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
554                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
555             }
556             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
557             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
558             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
559         }
560         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
561         offset += thread_size;
562     }
563 }
564
565 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
566 {
567     DNXHDEncContext *ctx = arg;
568     int mb_y, mb_x;
569     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
570         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
571             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
572             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
573             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
574             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
575             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
576             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
577         }
578     }
579     return 0;
580 }
581
582 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
583 {
584     int lambda, up_step, down_step;
585     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
586     int x, y, q;
587
588     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
589         ctx->qscale = q;
590         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
591     }
592     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
593     lambda = ctx->lambda;
594
595     for (;;) {
596         int bits = 0;
597         int end = 0;
598         if (lambda == last_higher) {
599             lambda++;
600             end = 1; // need to set final qscales/bits
601         }
602         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
603             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
604                 unsigned min = UINT_MAX;
605                 int qscale = 1;
606                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
607                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
608                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
609                     if (score < min) {
610                         min = score;
611                         qscale = q;
612                     }
613                 }
614                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
615                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
616                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
617             }
618             bits = (bits+31)&~31; // padding
619             if (bits > ctx->frame_bits)
620                 break;
621         }
622         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
623         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
624         if (end) {
625             if (bits > ctx->frame_bits)
626                 return -1;
627             break;
628         }
629         if (bits < ctx->frame_bits) {
630             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
631             if (last_higher != 0)
632                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
633             else
634                 lambda -= down_step;
635             down_step *= 5; // XXX tune ?
636             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
637             lambda = FFMAX(1, lambda);
638             if (lambda == last_lower)
639                 break;
640         } else {
641             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
642             if (last_lower != INT_MAX)
643                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
644             else
645                 lambda += up_step;
646             up_step *= 5;
647             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
648         }
649     }
650     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
651     ctx->lambda = lambda;
652     return 0;
653 }
654
655 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
656 {
657     int bits = 0;
658     int up_step = 1;
659     int down_step = 1;
660     int last_higher = 0;
661     int last_lower = INT_MAX;
662     int qscale;
663     int x, y;
664
665     qscale = ctx->qscale;
666     for (;;) {
667         bits = 0;
668         ctx->qscale = qscale;
669         // XXX avoid recalculating bits
670         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count);
671         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
672             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
673                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
674             bits = (bits+31)&~31; // padding
675             if (bits > ctx->frame_bits)
676                 break;
677         }
678         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
679         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
680         if (bits < ctx->frame_bits) {
681             if (qscale == 1)
682                 return 1;
683             if (last_higher == qscale - 1) {
684                 qscale = last_higher;
685                 break;
686             }
687             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
688             if (last_higher != 0)
689                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
690             else
691                 qscale -= down_step++;
692             if (qscale < 1)
693                 qscale = 1;
694             up_step = 1;
695         } else {
696             if (last_lower == qscale + 1)
697                 break;
698             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
699             if (last_lower != INT_MAX)
700                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
701             else
702                 qscale += up_step++;
703             down_step = 1;
704             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
705                 return -1;
706         }
707     }
708     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
709     ctx->qscale = qscale;
710     return 0;
711 }
712
713 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
714 {
715     return ((RCCMPEntry *)b)->value - ((RCCMPEntry *)a)->value;
716 }
717
718 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
719 {
720     int max_bits = 0;
721     int ret, x, y;
722     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
723         return -1;
724     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
725         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
726             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
727             int delta_bits;
728             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
729             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
730             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
731             if (!RC_VARIANCE) {
732                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
733                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
734                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
735                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
736                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
737             }
738         }
739         max_bits += 31; //worst padding
740     }
741     if (!ret) {
742         if (RC_VARIANCE)
743             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
744         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
745         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
746             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
747             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
748             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
749             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
750         }
751     }
752     return 0;
753 }
754
755 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, AVFrame *frame)
756 {
757     int i;
758
759     for (i = 0; i < 3; i++) {
760         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
761         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
762     }
763
764     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
765         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
766         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
767         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
768         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
769     }
770
771     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
772     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
773 }
774
775 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
776 {
777     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
778     int first_field = 1;
779     int offset, i, ret;
780
781     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
782         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
783         return -1;
784     }
785
786     dnxhd_load_picture(ctx, data);
787
788  encode_coding_unit:
789     for (i = 0; i < 3; i++) {
790         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
791         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
792             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
793     }
794
795     dnxhd_write_header(avctx, buf);
796
797     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
798         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
799     else
800         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
801     if (ret < 0) {
802         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
803         return -1;
804     }
805
806     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
807
808     offset = 0;
809     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
810         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
811         offset += ctx->slice_size[i];
812         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
813     }
814
815     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
816
817     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
818
819     if (ctx->interlaced && first_field) {
820         first_field     = 0;
821         ctx->cur_field ^= 1;
822         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
823         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
824         goto encode_coding_unit;
825     }
826
827     return ctx->cid_table->frame_size;
828 }
829
830 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
831 {
832     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
833     int i;
834
835     av_freep(&ctx->table_vlc_codes);
836     av_freep(&ctx->table_vlc_bits);
837     av_freep(&ctx->table_run_codes);
838     av_freep(&ctx->table_run_bits);
839
840     av_freep(&ctx->mb_bits);
841     av_freep(&ctx->mb_qscale);
842     av_freep(&ctx->mb_rc);
843     av_freep(&ctx->mb_cmp);
844     av_freep(&ctx->slice_size);
845
846     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
847     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
848     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
849     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
850
851     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
852         av_freep(&ctx->thread[i]);
853
854     return 0;
855 }
856
857 AVCodec dnxhd_encoder = {
858     "dnxhd",
859     CODEC_TYPE_VIDEO,
860     CODEC_ID_DNXHD,
861     sizeof(DNXHDEncContext),
862     dnxhd_encode_init,
863     dnxhd_encode_picture,
864     dnxhd_encode_end,
865     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, -1},
866 };