446e2336ebbf08f16f19c9a9edb28f087a344c49
[ffmpeg.git] / libavcodec / libxavs.c
1 /*
2  * AVS encoding using the xavs library
3  * Copyright (C) 2010 Amanda, Y.N. Wu <amanda11192003@gmail.com>
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include <stdio.h>
23 #include <stdlib.h>
24 #include <string.h>
25 #include <math.h>
26 #include <stdint.h>
27 #include <float.h>
28 #include <xavs.h>
29 #include "avcodec.h"
30 #include "internal.h"
31 #include "libavutil/internal.h"
32 #include "libavutil/mem.h"
33 #include "libavutil/opt.h"
34
35 #define END_OF_STREAM 0x001
36
37 #define XAVS_PART_I8X8 0x002 /* Analyze i8x8 (requires 8x8 transform) */
38 #define XAVS_PART_P8X8 0x010 /* Analyze p16x8, p8x16 and p8x8 */
39 #define XAVS_PART_B8X8 0x100 /* Analyze b16x8, b*/
40
41 typedef struct XavsContext {
42     AVClass        *class;
43     xavs_param_t    params;
44     xavs_t         *enc;
45     xavs_picture_t  pic;
46     uint8_t        *sei;
47     int             sei_size;
48     int             end_of_stream;
49     float crf;
50     int cqp;
51     int b_bias;
52     float cplxblur;
53     int direct_pred;
54     int aud;
55     int fast_pskip;
56     int mbtree;
57     int mixed_refs;
58
59     int64_t *pts_buffer;
60     int out_frame_count;
61 } XavsContext;
62
63 static void XAVS_log(void *p, int level, const char *fmt, va_list args)
64 {
65     static const int level_map[] = {
66         [XAVS_LOG_ERROR]   = AV_LOG_ERROR,
67         [XAVS_LOG_WARNING] = AV_LOG_WARNING,
68         [XAVS_LOG_INFO]    = AV_LOG_INFO,
69         [XAVS_LOG_DEBUG]   = AV_LOG_DEBUG
70     };
71
72     if (level < 0 || level > XAVS_LOG_DEBUG)
73         return;
74
75     av_vlog(p, level_map[level], fmt, args);
76 }
77
78 static int encode_nals(AVCodecContext *ctx, AVPacket *pkt,
79                        xavs_nal_t *nals, int nnal)
80 {
81     XavsContext *x4 = ctx->priv_data;
82     uint8_t *p;
83     int i, s, ret, size = x4->sei_size + FF_MIN_BUFFER_SIZE;
84
85     if (!nnal)
86         return 0;
87
88     for (i = 0; i < nnal; i++)
89         size += nals[i].i_payload;
90
91     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, size)) < 0) {
92         av_log(ctx, AV_LOG_ERROR, "Error getting output packet of size %d.\n", size);
93         return ret;
94     }
95     p = pkt->data;
96
97     /* Write the SEI as part of the first frame. */
98     if (x4->sei_size > 0 && nnal > 0) {
99         memcpy(p, x4->sei, x4->sei_size);
100         p += x4->sei_size;
101         x4->sei_size = 0;
102     }
103
104     for (i = 0; i < nnal; i++) {
105         s = xavs_nal_encode(p, &size, 1, nals + i);
106         if (s < 0)
107             return -1;
108         p += s;
109     }
110     pkt->size = p - pkt->data;
111
112     return 1;
113 }
114
115 static int XAVS_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
116                       const AVFrame *frame, int *got_packet)
117 {
118     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
119     xavs_nal_t *nal;
120     int nnal, i, ret;
121     xavs_picture_t pic_out;
122     uint8_t *sd;
123
124     x4->pic.img.i_csp   = XAVS_CSP_I420;
125     x4->pic.img.i_plane = 3;
126
127     if (frame) {
128        for (i = 0; i < 3; i++) {
129             x4->pic.img.plane[i] = frame->data[i];
130             x4->pic.img.i_stride[i] = frame->linesize[i];
131        }
132
133         x4->pic.i_pts  = frame->pts;
134         x4->pic.i_type = XAVS_TYPE_AUTO;
135         x4->pts_buffer[avctx->frame_number % (avctx->max_b_frames+1)] = frame->pts;
136     }
137
138     if (xavs_encoder_encode(x4->enc, &nal, &nnal,
139                             frame? &x4->pic: NULL, &pic_out) < 0)
140     return -1;
141
142     ret = encode_nals(avctx, pkt, nal, nnal);
143
144     if (ret < 0)
145         return -1;
146
147     if (!ret) {
148         if (!frame && !(x4->end_of_stream)) {
149             if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, 4)) < 0)
150                 return ret;
151
152             pkt->data[0] = 0x0;
153             pkt->data[1] = 0x0;
154             pkt->data[2] = 0x01;
155             pkt->data[3] = 0xb1;
156             pkt->dts = 2*x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-1)%(avctx->max_b_frames+1)] -
157                        x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-2)%(avctx->max_b_frames+1)];
158             x4->end_of_stream = END_OF_STREAM;
159             *got_packet = 1;
160         }
161         return 0;
162     }
163
164 #if FF_API_CODED_FRAME
165 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
166     avctx->coded_frame->pts = pic_out.i_pts;
167 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
168 #endif
169     pkt->pts = pic_out.i_pts;
170     if (avctx->has_b_frames) {
171         if (!x4->out_frame_count)
172             pkt->dts = pkt->pts - (x4->pts_buffer[1] - x4->pts_buffer[0]);
173         else
174             pkt->dts = x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-1)%(avctx->max_b_frames+1)];
175     } else
176         pkt->dts = pkt->pts;
177
178 #if FF_API_CODED_FRAME
179 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
180     switch (pic_out.i_type) {
181     case XAVS_TYPE_IDR:
182     case XAVS_TYPE_I:
183         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
184         break;
185     case XAVS_TYPE_P:
186         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
187         break;
188     case XAVS_TYPE_B:
189     case XAVS_TYPE_BREF:
190         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
191         break;
192     }
193 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
194 #endif
195
196     /* There is no IDR frame in AVS JiZhun */
197     /* Sequence header is used as a flag */
198     if (pic_out.i_type == XAVS_TYPE_I) {
199 #if FF_API_CODED_FRAME
200 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
201         avctx->coded_frame->key_frame = 1;
202 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
203 #endif
204         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
205     }
206
207 #if FF_API_CODED_FRAME
208 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
209     avctx->coded_frame->quality = (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA;
210 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
211 #endif
212
213     sd = av_packet_new_side_data(pkt, AV_PKT_DATA_QUALITY_FACTOR, sizeof(int));
214     if (!sd)
215         return AVERROR(ENOMEM);
216     *(int *)sd = (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA;
217
218     x4->out_frame_count++;
219     *got_packet = ret;
220     return 0;
221 }
222
223 static av_cold int XAVS_close(AVCodecContext *avctx)
224 {
225     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
226
227     av_freep(&avctx->extradata);
228     av_free(x4->sei);
229     av_freep(&x4->pts_buffer);
230
231     if (x4->enc)
232         xavs_encoder_close(x4->enc);
233
234     return 0;
235 }
236
237 static av_cold int XAVS_init(AVCodecContext *avctx)
238 {
239     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
240
241     x4->sei_size = 0;
242     xavs_param_default(&x4->params);
243
244     x4->params.pf_log               = XAVS_log;
245     x4->params.p_log_private        = avctx;
246     x4->params.i_keyint_max         = avctx->gop_size;
247     if (avctx->bit_rate) {
248         x4->params.rc.i_bitrate   = avctx->bit_rate / 1000;
249         x4->params.rc.i_rc_method = XAVS_RC_ABR;
250     }
251     x4->params.rc.i_vbv_buffer_size = avctx->rc_buffer_size / 1000;
252     x4->params.rc.i_vbv_max_bitrate = avctx->rc_max_rate    / 1000;
253     x4->params.rc.b_stat_write      = avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS1;
254     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS2) {
255         x4->params.rc.b_stat_read = 1;
256     } else {
257         if (x4->crf >= 0) {
258             x4->params.rc.i_rc_method   = XAVS_RC_CRF;
259             x4->params.rc.f_rf_constant = x4->crf;
260         } else if (x4->cqp >= 0) {
261             x4->params.rc.i_rc_method   = XAVS_RC_CQP;
262             x4->params.rc.i_qp_constant = x4->cqp;
263         }
264     }
265
266     if (x4->aud >= 0)
267         x4->params.b_aud                      = x4->aud;
268     if (x4->mbtree >= 0)
269         x4->params.rc.b_mb_tree               = x4->mbtree;
270     if (x4->direct_pred >= 0)
271         x4->params.analyse.i_direct_mv_pred   = x4->direct_pred;
272     if (x4->fast_pskip >= 0)
273         x4->params.analyse.b_fast_pskip       = x4->fast_pskip;
274     if (x4->mixed_refs >= 0)
275         x4->params.analyse.b_mixed_references = x4->mixed_refs;
276     if (x4->b_bias != INT_MIN)
277         x4->params.i_bframe_bias              = x4->b_bias;
278     if (x4->cplxblur >= 0)
279         x4->params.rc.f_complexity_blur = x4->cplxblur;
280
281     x4->params.i_bframe          = avctx->max_b_frames;
282     /* cabac is not included in AVS JiZhun Profile */
283     x4->params.b_cabac           = 0;
284
285     x4->params.i_bframe_adaptive = avctx->b_frame_strategy;
286
287     avctx->has_b_frames          = !!avctx->max_b_frames;
288
289     /* AVS doesn't allow B picture as reference */
290     /* The max allowed reference frame number of B is 2 */
291     x4->params.i_keyint_min      = avctx->keyint_min;
292     if (x4->params.i_keyint_min > x4->params.i_keyint_max)
293         x4->params.i_keyint_min = x4->params.i_keyint_max;
294
295     x4->params.i_scenecut_threshold        = avctx->scenechange_threshold;
296
297    // x4->params.b_deblocking_filter       = avctx->flags & CODEC_FLAG_LOOP_FILTER;
298
299     x4->params.rc.i_qp_min                 = avctx->qmin;
300     x4->params.rc.i_qp_max                 = avctx->qmax;
301     x4->params.rc.i_qp_step                = avctx->max_qdiff;
302
303     x4->params.rc.f_qcompress       = avctx->qcompress; /* 0.0 => cbr, 1.0 => constant qp */
304     x4->params.rc.f_qblur           = avctx->qblur;     /* temporally blur quants */
305
306     x4->params.i_frame_reference    = avctx->refs;
307
308     x4->params.i_width              = avctx->width;
309     x4->params.i_height             = avctx->height;
310     x4->params.vui.i_sar_width      = avctx->sample_aspect_ratio.num;
311     x4->params.vui.i_sar_height     = avctx->sample_aspect_ratio.den;
312     /* This is only used for counting the fps */
313     x4->params.i_fps_num            = avctx->time_base.den;
314     x4->params.i_fps_den            = avctx->time_base.num;
315     x4->params.analyse.inter        = XAVS_ANALYSE_I8x8 |XAVS_ANALYSE_PSUB16x16| XAVS_ANALYSE_BSUB16x16;
316
317     switch (avctx->me_method) {
318          case  ME_EPZS:
319                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_DIA;
320                break;
321          case  ME_HEX:
322                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_HEX;
323                break;
324          case  ME_UMH:
325                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_UMH;
326                break;
327          case  ME_FULL:
328                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_ESA;
329                break;
330          case  ME_TESA:
331                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_TESA;
332                break;
333          default:
334                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_HEX;
335     }
336
337     x4->params.analyse.i_me_range = avctx->me_range;
338     x4->params.analyse.i_subpel_refine    = avctx->me_subpel_quality;
339
340     x4->params.analyse.b_chroma_me        = avctx->me_cmp & FF_CMP_CHROMA;
341     /* AVS P2 only enables 8x8 transform */
342     x4->params.analyse.b_transform_8x8    = 1; //avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_8X8DCT;
343
344     x4->params.analyse.i_trellis          = avctx->trellis;
345     x4->params.analyse.i_noise_reduction  = avctx->noise_reduction;
346
347     if (avctx->level > 0)
348         x4->params.i_level_idc = avctx->level;
349
350     x4->params.rc.f_rate_tolerance =
351         (float)avctx->bit_rate_tolerance/avctx->bit_rate;
352
353     if ((avctx->rc_buffer_size) &&
354         (avctx->rc_initial_buffer_occupancy <= avctx->rc_buffer_size)) {
355         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init =
356             (float)avctx->rc_initial_buffer_occupancy / avctx->rc_buffer_size;
357     } else
358         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init = 0.9;
359
360     /* TAG:do we have MB tree RC method */
361     /* what is the RC method we are now using? Default NO */
362     x4->params.rc.f_ip_factor             = 1 / fabs(avctx->i_quant_factor);
363     x4->params.rc.f_pb_factor             = avctx->b_quant_factor;
364     x4->params.analyse.i_chroma_qp_offset = avctx->chromaoffset;
365
366     x4->params.analyse.b_psnr = avctx->flags & CODEC_FLAG_PSNR;
367     x4->params.i_log_level    = XAVS_LOG_DEBUG;
368     x4->params.i_threads      = avctx->thread_count;
369     x4->params.b_interlaced   = avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT;
370
371     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER)
372         x4->params.b_repeat_headers = 0;
373
374     x4->enc = xavs_encoder_open(&x4->params);
375     if (!x4->enc)
376         return -1;
377
378     if (!(x4->pts_buffer = av_mallocz((avctx->max_b_frames+1) * sizeof(*x4->pts_buffer))))
379         return AVERROR(ENOMEM);
380
381     /* TAG: Do we have GLOBAL HEADER in AVS */
382     /* We Have PPS and SPS in AVS */
383     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
384         xavs_nal_t *nal;
385         int nnal, s, i, size;
386         uint8_t *p;
387
388         s = xavs_encoder_headers(x4->enc, &nal, &nnal);
389
390         avctx->extradata = p = av_malloc(s);
391         for (i = 0; i < nnal; i++) {
392             /* Don't put the SEI in extradata. */
393             if (nal[i].i_type == NAL_SEI) {
394                 x4->sei = av_malloc( 5 + nal[i].i_payload * 4 / 3 );
395                 if (xavs_nal_encode(x4->sei, &x4->sei_size, 1, nal + i) < 0)
396                     return -1;
397
398                 continue;
399             }
400             size = xavs_nal_encode(p, &s, 1, nal + i);
401             if (size < 0)
402                 return -1;
403             p += size;
404         }
405         avctx->extradata_size = p - avctx->extradata;
406     }
407     return 0;
408 }
409
410 #define OFFSET(x) offsetof(XavsContext, x)
411 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
412 static const AVOption options[] = {
413     { "crf",           "Select the quality for constant quality mode",    OFFSET(crf),           AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {-1 }, -1, FLT_MAX, VE },
414     { "qp",            "Constant quantization parameter rate control method",OFFSET(cqp),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, INT_MAX, VE },
415     { "b-bias",        "Influences how often B-frames are used",          OFFSET(b_bias),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = INT_MIN}, INT_MIN, INT_MAX, VE },
416     { "cplxblur",      "Reduce fluctuations in QP (before curve compression)", OFFSET(cplxblur), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {-1 }, -1, FLT_MAX, VE},
417     { "direct-pred",   "Direct MV prediction mode",                       OFFSET(direct_pred),   AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, INT_MAX, VE, "direct-pred" },
418     { "none",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_NONE },     0, 0, VE, "direct-pred" },
419     { "spatial",       NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_SPATIAL },  0, 0, VE, "direct-pred" },
420     { "temporal",      NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_TEMPORAL }, 0, 0, VE, "direct-pred" },
421     { "auto",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_AUTO },     0, 0, VE, "direct-pred" },
422     { "aud",           "Use access unit delimiters.",                     OFFSET(aud),           AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, 1, VE},
423     { "mbtree",        "Use macroblock tree ratecontrol.",                OFFSET(mbtree),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, 1, VE},
424     { "mixed-refs",    "One reference per partition, as opposed to one reference per macroblock", OFFSET(mixed_refs), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = -1}, -1, 1, VE },
425     { "fast-pskip",    NULL,                                              OFFSET(fast_pskip),    AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, 1, VE},
426     { NULL },
427 };
428
429 static const AVClass class = {
430     .class_name = "libxavs",
431     .item_name  = av_default_item_name,
432     .option     = options,
433     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
434 };
435
436 static const AVCodecDefault xavs_defaults[] = {
437     { "b",                "0" },
438     { NULL },
439 };
440
441 AVCodec ff_libxavs_encoder = {
442     .name           = "libxavs",
443     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libxavs Chinese AVS (Audio Video Standard)"),
444     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
445     .id             = AV_CODEC_ID_CAVS,
446     .priv_data_size = sizeof(XavsContext),
447     .init           = XAVS_init,
448     .encode2        = XAVS_frame,
449     .close          = XAVS_close,
450     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY | CODEC_CAP_AUTO_THREADS,
451     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) { AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_NONE },
452     .priv_class     = &class,
453     .defaults       = xavs_defaults,
454 };