vpxenc: add VP8E_SET_STATIC_THRESHOLD mapping
[ffmpeg.git] / libavcodec / libvpxenc.c
1 /*
2  * Copyright (c) 2010, Google, Inc.
3  *
4  * This file is part of Libav.
5  *
6  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
7  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
8  * License as published by the Free Software Foundation; either
9  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
10  *
11  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
12  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
13  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
14  * Lesser General Public License for more details.
15  *
16  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
17  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
18  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
19  */
20
21 /**
22  * @file
23  * VP8 encoder support via libvpx
24  */
25
26 #define VPX_DISABLE_CTRL_TYPECHECKS 1
27 #define VPX_CODEC_DISABLE_COMPAT    1
28 #include <vpx/vpx_encoder.h>
29 #include <vpx/vp8cx.h>
30
31 #include "avcodec.h"
32 #include "libavutil/base64.h"
33
34 /**
35  * Portion of struct vpx_codec_cx_pkt from vpx_encoder.h.
36  * One encoded frame returned from the library.
37  */
38 struct FrameListData {
39     void *buf;                       /**< compressed data buffer */
40     size_t sz;                       /**< length of compressed data */
41     int64_t pts;                     /**< time stamp to show frame
42                                           (in timebase units) */
43     unsigned long duration;          /**< duration to show frame
44                                           (in timebase units) */
45     uint32_t flags;                  /**< flags for this frame */
46     struct FrameListData *next;
47 };
48
49 typedef struct VP8EncoderContext {
50     struct vpx_codec_ctx encoder;
51     struct vpx_image rawimg;
52     struct vpx_fixed_buf twopass_stats;
53     unsigned long deadline; //i.e., RT/GOOD/BEST
54     struct FrameListData *coded_frame_list;
55 } VP8Context;
56
57 /** String mappings for enum vp8e_enc_control_id */
58 static const char *ctlidstr[] = {
59     [VP8E_UPD_ENTROPY]           = "VP8E_UPD_ENTROPY",
60     [VP8E_UPD_REFERENCE]         = "VP8E_UPD_REFERENCE",
61     [VP8E_USE_REFERENCE]         = "VP8E_USE_REFERENCE",
62     [VP8E_SET_ROI_MAP]           = "VP8E_SET_ROI_MAP",
63     [VP8E_SET_ACTIVEMAP]         = "VP8E_SET_ACTIVEMAP",
64     [VP8E_SET_SCALEMODE]         = "VP8E_SET_SCALEMODE",
65     [VP8E_SET_CPUUSED]           = "VP8E_SET_CPUUSED",
66     [VP8E_SET_ENABLEAUTOALTREF]  = "VP8E_SET_ENABLEAUTOALTREF",
67     [VP8E_SET_NOISE_SENSITIVITY] = "VP8E_SET_NOISE_SENSITIVITY",
68     [VP8E_SET_SHARPNESS]         = "VP8E_SET_SHARPNESS",
69     [VP8E_SET_STATIC_THRESHOLD]  = "VP8E_SET_STATIC_THRESHOLD",
70     [VP8E_SET_TOKEN_PARTITIONS]  = "VP8E_SET_TOKEN_PARTITIONS",
71     [VP8E_GET_LAST_QUANTIZER]    = "VP8E_GET_LAST_QUANTIZER",
72     [VP8E_SET_ARNR_MAXFRAMES]    = "VP8E_SET_ARNR_MAXFRAMES",
73     [VP8E_SET_ARNR_STRENGTH]     = "VP8E_SET_ARNR_STRENGTH",
74     [VP8E_SET_ARNR_TYPE]         = "VP8E_SET_ARNR_TYPE",
75 };
76
77 static av_cold void log_encoder_error(AVCodecContext *avctx, const char *desc)
78 {
79     VP8Context *ctx = avctx->priv_data;
80     const char *error  = vpx_codec_error(&ctx->encoder);
81     const char *detail = vpx_codec_error_detail(&ctx->encoder);
82
83     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s\n", desc, error);
84     if (detail)
85         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "  Additional information: %s\n", detail);
86 }
87
88 static av_cold void dump_enc_cfg(AVCodecContext *avctx,
89                                  const struct vpx_codec_enc_cfg *cfg)
90 {
91     int width = -30;
92     int level = AV_LOG_DEBUG;
93
94     av_log(avctx, level, "vpx_codec_enc_cfg\n");
95     av_log(avctx, level, "generic settings\n"
96            "  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n"
97            "  %*s{%u/%u}\n  %*s%u\n  %*s%d\n  %*s%u\n",
98            width, "g_usage:",           cfg->g_usage,
99            width, "g_threads:",         cfg->g_threads,
100            width, "g_profile:",         cfg->g_profile,
101            width, "g_w:",               cfg->g_w,
102            width, "g_h:",               cfg->g_h,
103            width, "g_timebase:",        cfg->g_timebase.num, cfg->g_timebase.den,
104            width, "g_error_resilient:", cfg->g_error_resilient,
105            width, "g_pass:",            cfg->g_pass,
106            width, "g_lag_in_frames:",   cfg->g_lag_in_frames);
107     av_log(avctx, level, "rate control settings\n"
108            "  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n"
109            "  %*s%d\n  %*s%p(%zu)\n  %*s%u\n",
110            width, "rc_dropframe_thresh:",   cfg->rc_dropframe_thresh,
111            width, "rc_resize_allowed:",     cfg->rc_resize_allowed,
112            width, "rc_resize_up_thresh:",   cfg->rc_resize_up_thresh,
113            width, "rc_resize_down_thresh:", cfg->rc_resize_down_thresh,
114            width, "rc_end_usage:",          cfg->rc_end_usage,
115            width, "rc_twopass_stats_in:",   cfg->rc_twopass_stats_in.buf, cfg->rc_twopass_stats_in.sz,
116            width, "rc_target_bitrate:",     cfg->rc_target_bitrate);
117     av_log(avctx, level, "quantizer settings\n"
118            "  %*s%u\n  %*s%u\n",
119            width, "rc_min_quantizer:", cfg->rc_min_quantizer,
120            width, "rc_max_quantizer:", cfg->rc_max_quantizer);
121     av_log(avctx, level, "bitrate tolerance\n"
122            "  %*s%u\n  %*s%u\n",
123            width, "rc_undershoot_pct:", cfg->rc_undershoot_pct,
124            width, "rc_overshoot_pct:",  cfg->rc_overshoot_pct);
125     av_log(avctx, level, "decoder buffer model\n"
126             "  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n",
127             width, "rc_buf_sz:",         cfg->rc_buf_sz,
128             width, "rc_buf_initial_sz:", cfg->rc_buf_initial_sz,
129             width, "rc_buf_optimal_sz:", cfg->rc_buf_optimal_sz);
130     av_log(avctx, level, "2 pass rate control settings\n"
131            "  %*s%u\n  %*s%u\n  %*s%u\n",
132            width, "rc_2pass_vbr_bias_pct:",       cfg->rc_2pass_vbr_bias_pct,
133            width, "rc_2pass_vbr_minsection_pct:", cfg->rc_2pass_vbr_minsection_pct,
134            width, "rc_2pass_vbr_maxsection_pct:", cfg->rc_2pass_vbr_maxsection_pct);
135     av_log(avctx, level, "keyframing settings\n"
136            "  %*s%d\n  %*s%u\n  %*s%u\n",
137            width, "kf_mode:",     cfg->kf_mode,
138            width, "kf_min_dist:", cfg->kf_min_dist,
139            width, "kf_max_dist:", cfg->kf_max_dist);
140     av_log(avctx, level, "\n");
141 }
142
143 static void coded_frame_add(void *list, struct FrameListData *cx_frame)
144 {
145     struct FrameListData **p = list;
146
147     while (*p != NULL)
148         p = &(*p)->next;
149     *p = cx_frame;
150     cx_frame->next = NULL;
151 }
152
153 static av_cold void free_coded_frame(struct FrameListData *cx_frame)
154 {
155     av_freep(&cx_frame->buf);
156     av_freep(&cx_frame);
157 }
158
159 static av_cold void free_frame_list(struct FrameListData *list)
160 {
161     struct FrameListData *p = list;
162
163     while (p) {
164         list = list->next;
165         free_coded_frame(p);
166         p = list;
167     }
168 }
169
170 static av_cold int codecctl_int(AVCodecContext *avctx,
171                                 enum vp8e_enc_control_id id, int val)
172 {
173     VP8Context *ctx = avctx->priv_data;
174     char buf[80];
175     int width = -30;
176     int res;
177
178     snprintf(buf, sizeof(buf), "%s:", ctlidstr[id]);
179     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "  %*s%d\n", width, buf, val);
180
181     res = vpx_codec_control(&ctx->encoder, id, val);
182     if (res != VPX_CODEC_OK) {
183         snprintf(buf, sizeof(buf), "Failed to set %s codec control",
184                  ctlidstr[id]);
185         log_encoder_error(avctx, buf);
186     }
187
188     return res == VPX_CODEC_OK ? 0 : AVERROR(EINVAL);
189 }
190
191 static av_cold int vp8_free(AVCodecContext *avctx)
192 {
193     VP8Context *ctx = avctx->priv_data;
194
195     vpx_codec_destroy(&ctx->encoder);
196     av_freep(&ctx->twopass_stats.buf);
197     av_freep(&avctx->coded_frame);
198     av_freep(&avctx->stats_out);
199     free_frame_list(ctx->coded_frame_list);
200     return 0;
201 }
202
203 static av_cold int vp8_init(AVCodecContext *avctx)
204 {
205     VP8Context *ctx = avctx->priv_data;
206     const struct vpx_codec_iface *iface = &vpx_codec_vp8_cx_algo;
207     int cpuused = 3;
208     struct vpx_codec_enc_cfg enccfg;
209     int res;
210
211     av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "%s\n", vpx_codec_version_str());
212     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "%s\n", vpx_codec_build_config());
213
214     if ((res = vpx_codec_enc_config_default(iface, &enccfg, 0)) != VPX_CODEC_OK) {
215         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Failed to get config: %s\n",
216                vpx_codec_err_to_string(res));
217         return AVERROR(EINVAL);
218     }
219     dump_enc_cfg(avctx, &enccfg);
220
221     enccfg.g_w            = avctx->width;
222     enccfg.g_h            = avctx->height;
223     enccfg.g_timebase.num = avctx->time_base.num;
224     enccfg.g_timebase.den = avctx->time_base.den;
225     enccfg.g_threads      = avctx->thread_count;
226
227     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS1)
228         enccfg.g_pass = VPX_RC_FIRST_PASS;
229     else if (avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS2)
230         enccfg.g_pass = VPX_RC_LAST_PASS;
231     else
232         enccfg.g_pass = VPX_RC_ONE_PASS;
233
234     if (avctx->rc_min_rate == avctx->rc_max_rate &&
235         avctx->rc_min_rate == avctx->bit_rate)
236         enccfg.rc_end_usage = VPX_CBR;
237     enccfg.rc_target_bitrate = av_rescale_rnd(avctx->bit_rate, 1, 1000,
238                                               AV_ROUND_NEAR_INF);
239
240     enccfg.rc_min_quantizer = avctx->qmin;
241     enccfg.rc_max_quantizer = avctx->qmax;
242     enccfg.rc_dropframe_thresh = avctx->frame_skip_threshold;
243
244     //0-100 (0 => CBR, 100 => VBR)
245     enccfg.rc_2pass_vbr_bias_pct           = round(avctx->qcompress * 100);
246     enccfg.rc_2pass_vbr_minsection_pct     =
247         avctx->rc_min_rate * 100LL / avctx->bit_rate;
248     if (avctx->rc_max_rate)
249         enccfg.rc_2pass_vbr_maxsection_pct =
250             avctx->rc_max_rate * 100LL / avctx->bit_rate;
251
252     if (avctx->rc_buffer_size)
253         enccfg.rc_buf_sz         =
254             avctx->rc_buffer_size * 1000LL / avctx->bit_rate;
255     if (avctx->rc_initial_buffer_occupancy)
256         enccfg.rc_buf_initial_sz =
257             avctx->rc_initial_buffer_occupancy * 1000LL / avctx->bit_rate;
258     enccfg.rc_buf_optimal_sz     = enccfg.rc_buf_sz * 5 / 6;
259
260     //_enc_init() will balk if kf_min_dist differs from max w/VPX_KF_AUTO
261     if (avctx->keyint_min == avctx->gop_size)
262         enccfg.kf_min_dist = avctx->keyint_min;
263     enccfg.kf_max_dist     = avctx->gop_size;
264
265     if (enccfg.g_pass == VPX_RC_FIRST_PASS)
266         enccfg.g_lag_in_frames = 0;
267     else if (enccfg.g_pass == VPX_RC_LAST_PASS) {
268         int decode_size;
269
270         if (!avctx->stats_in) {
271             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No stats file for second pass\n");
272             return AVERROR_INVALIDDATA;
273         }
274
275         ctx->twopass_stats.sz  = strlen(avctx->stats_in) * 3 / 4;
276         ctx->twopass_stats.buf = av_malloc(ctx->twopass_stats.sz);
277         if (!ctx->twopass_stats.buf) {
278             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
279                    "Stat buffer alloc (%zu bytes) failed\n",
280                    ctx->twopass_stats.sz);
281             return AVERROR(ENOMEM);
282         }
283         decode_size = av_base64_decode(ctx->twopass_stats.buf, avctx->stats_in,
284                                        ctx->twopass_stats.sz);
285         if (decode_size < 0) {
286             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Stat buffer decode failed\n");
287             return AVERROR_INVALIDDATA;
288         }
289
290         ctx->twopass_stats.sz      = decode_size;
291         enccfg.rc_twopass_stats_in = ctx->twopass_stats;
292     }
293
294     ctx->deadline = VPX_DL_GOOD_QUALITY;
295     /* 0-3: For non-zero values the encoder increasingly optimizes for reduced
296        complexity playback on low powered devices at the expense of encode
297        quality. */
298    if (avctx->profile != FF_PROFILE_UNKNOWN)
299        enccfg.g_profile = avctx->profile;
300
301     dump_enc_cfg(avctx, &enccfg);
302     /* Construct Encoder Context */
303     res = vpx_codec_enc_init(&ctx->encoder, iface, &enccfg, 0);
304     if (res != VPX_CODEC_OK) {
305         log_encoder_error(avctx, "Failed to initialize encoder");
306         return AVERROR(EINVAL);
307     }
308
309     //codec control failures are currently treated only as warnings
310     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "vpx_codec_control\n");
311     codecctl_int(avctx, VP8E_SET_CPUUSED,           cpuused);
312     codecctl_int(avctx, VP8E_SET_NOISE_SENSITIVITY, avctx->noise_reduction);
313     codecctl_int(avctx, VP8E_SET_TOKEN_PARTITIONS,  av_log2(avctx->slices));
314     codecctl_int(avctx, VP8E_SET_STATIC_THRESHOLD,  avctx->mb_threshold);
315
316     //provide dummy value to initialize wrapper, values will be updated each _encode()
317     vpx_img_wrap(&ctx->rawimg, VPX_IMG_FMT_I420, avctx->width, avctx->height, 1,
318                  (unsigned char*)1);
319
320     avctx->coded_frame = avcodec_alloc_frame();
321     if (!avctx->coded_frame) {
322         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating coded frame\n");
323         vp8_free(avctx);
324         return AVERROR(ENOMEM);
325     }
326     return 0;
327 }
328
329 static inline void cx_pktcpy(struct FrameListData *dst,
330                              const struct vpx_codec_cx_pkt *src)
331 {
332     dst->pts      = src->data.frame.pts;
333     dst->duration = src->data.frame.duration;
334     dst->flags    = src->data.frame.flags;
335     dst->sz       = src->data.frame.sz;
336     dst->buf      = src->data.frame.buf;
337 }
338
339 /**
340  * Store coded frame information in format suitable for return from encode().
341  *
342  * Write buffer information from @a cx_frame to @a buf & @a buf_size.
343  * Timing/frame details to @a coded_frame.
344  * @return Frame size written to @a buf on success
345  * @return AVERROR(EINVAL) on error
346  */
347 static int storeframe(AVCodecContext *avctx, struct FrameListData *cx_frame,
348                       uint8_t *buf, int buf_size, AVFrame *coded_frame)
349 {
350     if ((int) cx_frame->sz <= buf_size) {
351         buf_size = cx_frame->sz;
352         memcpy(buf, cx_frame->buf, buf_size);
353         coded_frame->pts       = cx_frame->pts;
354         coded_frame->key_frame = !!(cx_frame->flags & VPX_FRAME_IS_KEY);
355
356         if (coded_frame->key_frame)
357             coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
358         else
359             coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
360     } else {
361         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
362                "Compressed frame larger than storage provided! (%zu/%d)\n",
363                cx_frame->sz, buf_size);
364         return AVERROR(EINVAL);
365     }
366     return buf_size;
367 }
368
369 /**
370  * Queue multiple output frames from the encoder, returning the front-most.
371  * In cases where vpx_codec_get_cx_data() returns more than 1 frame append
372  * the frame queue. Return the head frame if available.
373  * @return Stored frame size
374  * @return AVERROR(EINVAL) on output size error
375  * @return AVERROR(ENOMEM) on coded frame queue data allocation error
376  */
377 static int queue_frames(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf, int buf_size,
378                         AVFrame *coded_frame)
379 {
380     VP8Context *ctx = avctx->priv_data;
381     const struct vpx_codec_cx_pkt *pkt;
382     const void *iter = NULL;
383     int size = 0;
384
385     if (ctx->coded_frame_list) {
386         struct FrameListData *cx_frame = ctx->coded_frame_list;
387         /* return the leading frame if we've already begun queueing */
388         size = storeframe(avctx, cx_frame, buf, buf_size, coded_frame);
389         if (size < 0)
390             return AVERROR(EINVAL);
391         ctx->coded_frame_list = cx_frame->next;
392         free_coded_frame(cx_frame);
393     }
394
395     /* consume all available output from the encoder before returning. buffers
396        are only good through the next vpx_codec call */
397     while ((pkt = vpx_codec_get_cx_data(&ctx->encoder, &iter))) {
398         switch (pkt->kind) {
399         case VPX_CODEC_CX_FRAME_PKT:
400             if (!size) {
401                 struct FrameListData cx_frame;
402
403                 /* avoid storing the frame when the list is empty and we haven't yet
404                    provided a frame for output */
405                 assert(!ctx->coded_frame_list);
406                 cx_pktcpy(&cx_frame, pkt);
407                 size = storeframe(avctx, &cx_frame, buf, buf_size, coded_frame);
408                 if (size < 0)
409                     return AVERROR(EINVAL);
410             } else {
411                 struct FrameListData *cx_frame =
412                     av_malloc(sizeof(struct FrameListData));
413
414                 if (!cx_frame) {
415                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
416                            "Frame queue element alloc failed\n");
417                     return AVERROR(ENOMEM);
418                 }
419                 cx_pktcpy(cx_frame, pkt);
420                 cx_frame->buf = av_malloc(cx_frame->sz);
421
422                 if (!cx_frame->buf) {
423                     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
424                            "Data buffer alloc (%zu bytes) failed\n",
425                            cx_frame->sz);
426                     return AVERROR(ENOMEM);
427                 }
428                 memcpy(cx_frame->buf, pkt->data.frame.buf, pkt->data.frame.sz);
429                 coded_frame_add(&ctx->coded_frame_list, cx_frame);
430             }
431             break;
432         case VPX_CODEC_STATS_PKT: {
433             struct vpx_fixed_buf *stats = &ctx->twopass_stats;
434             stats->buf = av_realloc(stats->buf,
435                                     stats->sz + pkt->data.twopass_stats.sz);
436             if (!stats->buf) {
437                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Stat buffer realloc failed\n");
438                 return AVERROR(ENOMEM);
439             }
440             memcpy((uint8_t*)stats->buf + stats->sz,
441                    pkt->data.twopass_stats.buf, pkt->data.twopass_stats.sz);
442             stats->sz += pkt->data.twopass_stats.sz;
443             break;
444         }
445         case VPX_CODEC_PSNR_PKT: //FIXME add support for CODEC_FLAG_PSNR
446         case VPX_CODEC_CUSTOM_PKT:
447             //ignore unsupported/unrecognized packet types
448             break;
449         }
450     }
451
452     return size;
453 }
454
455 static int vp8_encode(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf, int buf_size,
456                       void *data)
457 {
458     VP8Context *ctx = avctx->priv_data;
459     AVFrame *frame = data;
460     struct vpx_image *rawimg = NULL;
461     int64_t timestamp = 0;
462     int res, coded_size;
463
464     if (frame) {
465         rawimg                      = &ctx->rawimg;
466         rawimg->planes[VPX_PLANE_Y] = frame->data[0];
467         rawimg->planes[VPX_PLANE_U] = frame->data[1];
468         rawimg->planes[VPX_PLANE_V] = frame->data[2];
469         rawimg->stride[VPX_PLANE_Y] = frame->linesize[0];
470         rawimg->stride[VPX_PLANE_U] = frame->linesize[1];
471         rawimg->stride[VPX_PLANE_V] = frame->linesize[2];
472         timestamp                   = frame->pts;
473     }
474
475     res = vpx_codec_encode(&ctx->encoder, rawimg, timestamp,
476                            avctx->ticks_per_frame, 0, ctx->deadline);
477     if (res != VPX_CODEC_OK) {
478         log_encoder_error(avctx, "Error encoding frame");
479         return AVERROR_INVALIDDATA;
480     }
481     coded_size = queue_frames(avctx, buf, buf_size, avctx->coded_frame);
482
483     if (!frame && avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS1) {
484         unsigned int b64_size = AV_BASE64_SIZE(ctx->twopass_stats.sz);
485
486         avctx->stats_out = av_malloc(b64_size);
487         if (!avctx->stats_out) {
488             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Stat buffer alloc (%d bytes) failed\n",
489                    b64_size);
490             return AVERROR(ENOMEM);
491         }
492         av_base64_encode(avctx->stats_out, b64_size, ctx->twopass_stats.buf,
493                          ctx->twopass_stats.sz);
494     }
495     return coded_size;
496 }
497
498 AVCodec ff_libvpx_encoder = {
499     "libvpx",
500     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
501     CODEC_ID_VP8,
502     sizeof(VP8Context),
503     vp8_init,
504     vp8_encode,
505     vp8_free,
506     NULL,
507     CODEC_CAP_DELAY,
508     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_NONE},
509     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libvpx VP8"),
510 };