eed20148a27ea99deb406b501c377c780a6efc7f
[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 FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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     AVFrame         out_pic;
49     int             end_of_stream;
50     float crf;
51     int cqp;
52     int b_bias;
53     float cplxblur;
54     int direct_pred;
55     int aud;
56     int fast_pskip;
57     int mbtree;
58     int mixed_refs;
59
60     int64_t *pts_buffer;
61     int out_frame_count;
62 } XavsContext;
63
64 static void XAVS_log(void *p, int level, const char *fmt, va_list args)
65 {
66     static const int level_map[] = {
67         [XAVS_LOG_ERROR]   = AV_LOG_ERROR,
68         [XAVS_LOG_WARNING] = AV_LOG_WARNING,
69         [XAVS_LOG_INFO]    = AV_LOG_INFO,
70         [XAVS_LOG_DEBUG]   = AV_LOG_DEBUG
71     };
72
73     if (level < 0 || level > XAVS_LOG_DEBUG)
74         return;
75
76     av_vlog(p, level_map[level], fmt, args);
77 }
78
79 static int encode_nals(AVCodecContext *ctx, AVPacket *pkt,
80                        xavs_nal_t *nals, int nnal)
81 {
82     XavsContext *x4 = ctx->priv_data;
83     uint8_t *p;
84     int i, s, ret, size = x4->sei_size + FF_MIN_BUFFER_SIZE;
85
86     if (!nnal)
87         return 0;
88
89     for (i = 0; i < nnal; i++)
90         size += nals[i].i_payload;
91
92     if ((ret = ff_alloc_packet2(ctx, pkt, size)) < 0)
93         return ret;
94     p = pkt->data;
95
96     /* Write the SEI as part of the first frame. */
97     if (x4->sei_size > 0 && nnal > 0) {
98         memcpy(p, x4->sei, x4->sei_size);
99         p += x4->sei_size;
100         x4->sei_size = 0;
101     }
102
103     for (i = 0; i < nnal; i++) {
104         s = xavs_nal_encode(p, &size, 1, nals + i);
105         if (s < 0)
106             return -1;
107         p += s;
108     }
109     pkt->size = p - pkt->data;
110
111     return 1;
112 }
113
114 static int XAVS_frame(AVCodecContext *ctx, AVPacket *pkt,
115                       const AVFrame *frame, int *got_packet)
116 {
117     XavsContext *x4 = ctx->priv_data;
118     xavs_nal_t *nal;
119     int nnal, i, ret;
120     xavs_picture_t pic_out;
121
122     x4->pic.img.i_csp   = XAVS_CSP_I420;
123     x4->pic.img.i_plane = 3;
124
125     if (frame) {
126        for (i = 0; i < 3; i++) {
127             x4->pic.img.plane[i] = frame->data[i];
128             x4->pic.img.i_stride[i] = frame->linesize[i];
129        }
130
131         x4->pic.i_pts  = frame->pts;
132         x4->pic.i_type = XAVS_TYPE_AUTO;
133         x4->pts_buffer[ctx->frame_number % (ctx->max_b_frames+1)] = frame->pts;
134     }
135
136     if (xavs_encoder_encode(x4->enc, &nal, &nnal,
137                             frame? &x4->pic: NULL, &pic_out) < 0)
138     return -1;
139
140     ret = encode_nals(ctx, pkt, nal, nnal);
141
142     if (ret < 0)
143         return -1;
144
145     if (!ret) {
146         if (!frame && !(x4->end_of_stream)) {
147             if ((ret = ff_alloc_packet2(ctx, pkt, 4)) < 0)
148                 return ret;
149
150             pkt->data[0] = 0x0;
151             pkt->data[1] = 0x0;
152             pkt->data[2] = 0x01;
153             pkt->data[3] = 0xb1;
154             pkt->dts = 2*x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-1)%(ctx->max_b_frames+1)] -
155                        x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-2)%(ctx->max_b_frames+1)];
156             x4->end_of_stream = END_OF_STREAM;
157             *got_packet = 1;
158         }
159         return 0;
160     }
161
162     x4->out_pic.pts = pic_out.i_pts;
163     pkt->pts = pic_out.i_pts;
164     if (ctx->has_b_frames) {
165         if (!x4->out_frame_count)
166             pkt->dts = pkt->pts - (x4->pts_buffer[1] - x4->pts_buffer[0]);
167         else
168             pkt->dts = x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-1)%(ctx->max_b_frames+1)];
169     } else
170         pkt->dts = pkt->pts;
171
172     switch (pic_out.i_type) {
173     case XAVS_TYPE_IDR:
174     case XAVS_TYPE_I:
175         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
176         break;
177     case XAVS_TYPE_P:
178         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
179         break;
180     case XAVS_TYPE_B:
181     case XAVS_TYPE_BREF:
182         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
183         break;
184     }
185
186     /* There is no IDR frame in AVS JiZhun */
187     /* Sequence header is used as a flag */
188     if (pic_out.i_type == XAVS_TYPE_I) {
189         x4->out_pic.key_frame = 1;
190         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
191     }
192
193     x4->out_pic.quality   = (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA;
194
195     x4->out_frame_count++;
196     *got_packet = ret;
197     return 0;
198 }
199
200 static av_cold int XAVS_close(AVCodecContext *avctx)
201 {
202     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
203
204     av_freep(&avctx->extradata);
205     av_free(x4->sei);
206     av_freep(&x4->pts_buffer);
207
208     if (x4->enc)
209         xavs_encoder_close(x4->enc);
210
211     return 0;
212 }
213
214 static av_cold int XAVS_init(AVCodecContext *avctx)
215 {
216     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
217
218     x4->sei_size = 0;
219     xavs_param_default(&x4->params);
220
221     x4->params.pf_log               = XAVS_log;
222     x4->params.p_log_private        = avctx;
223     x4->params.i_keyint_max         = avctx->gop_size;
224     if (avctx->bit_rate) {
225         x4->params.rc.i_bitrate   = avctx->bit_rate / 1000;
226         x4->params.rc.i_rc_method = XAVS_RC_ABR;
227     }
228     x4->params.rc.i_vbv_buffer_size = avctx->rc_buffer_size / 1000;
229     x4->params.rc.i_vbv_max_bitrate = avctx->rc_max_rate    / 1000;
230     x4->params.rc.b_stat_write      = avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS1;
231     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS2) {
232         x4->params.rc.b_stat_read = 1;
233     } else {
234         if (x4->crf >= 0) {
235             x4->params.rc.i_rc_method   = XAVS_RC_CRF;
236             x4->params.rc.f_rf_constant = x4->crf;
237         } else if (x4->cqp >= 0) {
238             x4->params.rc.i_rc_method   = XAVS_RC_CQP;
239             x4->params.rc.i_qp_constant = x4->cqp;
240         }
241     }
242
243     if (x4->aud >= 0)
244         x4->params.b_aud                      = x4->aud;
245     if (x4->mbtree >= 0)
246         x4->params.rc.b_mb_tree               = x4->mbtree;
247     if (x4->direct_pred >= 0)
248         x4->params.analyse.i_direct_mv_pred   = x4->direct_pred;
249     if (x4->fast_pskip >= 0)
250         x4->params.analyse.b_fast_pskip       = x4->fast_pskip;
251     if (x4->mixed_refs >= 0)
252         x4->params.analyse.b_mixed_references = x4->mixed_refs;
253     if (x4->b_bias != INT_MIN)
254         x4->params.i_bframe_bias              = x4->b_bias;
255     if (x4->cplxblur >= 0)
256         x4->params.rc.f_complexity_blur = x4->cplxblur;
257
258     x4->params.i_bframe          = avctx->max_b_frames;
259     /* cabac is not included in AVS JiZhun Profile */
260     x4->params.b_cabac           = 0;
261
262     x4->params.i_bframe_adaptive = avctx->b_frame_strategy;
263
264     avctx->has_b_frames          = !!avctx->max_b_frames;
265
266     /* AVS doesn't allow B picture as reference */
267     /* The max allowed reference frame number of B is 2 */
268     x4->params.i_keyint_min      = avctx->keyint_min;
269     if (x4->params.i_keyint_min > x4->params.i_keyint_max)
270         x4->params.i_keyint_min = x4->params.i_keyint_max;
271
272     x4->params.i_scenecut_threshold        = avctx->scenechange_threshold;
273
274    // x4->params.b_deblocking_filter       = avctx->flags & CODEC_FLAG_LOOP_FILTER;
275
276     x4->params.rc.i_qp_min                 = avctx->qmin;
277     x4->params.rc.i_qp_max                 = avctx->qmax;
278     x4->params.rc.i_qp_step                = avctx->max_qdiff;
279
280     x4->params.rc.f_qcompress       = avctx->qcompress; /* 0.0 => cbr, 1.0 => constant qp */
281     x4->params.rc.f_qblur           = avctx->qblur;     /* temporally blur quants */
282
283     x4->params.i_frame_reference    = avctx->refs;
284
285     x4->params.i_width              = avctx->width;
286     x4->params.i_height             = avctx->height;
287     x4->params.vui.i_sar_width      = avctx->sample_aspect_ratio.num;
288     x4->params.vui.i_sar_height     = avctx->sample_aspect_ratio.den;
289     /* This is only used for counting the fps */
290     x4->params.i_fps_num            = avctx->time_base.den;
291     x4->params.i_fps_den            = avctx->time_base.num;
292     x4->params.analyse.inter        = XAVS_ANALYSE_I8x8 |XAVS_ANALYSE_PSUB16x16| XAVS_ANALYSE_BSUB16x16;
293
294     switch (avctx->me_method) {
295          case  ME_EPZS:
296                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_DIA;
297                break;
298          case  ME_HEX:
299                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_HEX;
300                break;
301          case  ME_UMH:
302                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_UMH;
303                break;
304          case  ME_FULL:
305                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_ESA;
306                break;
307          case  ME_TESA:
308                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_TESA;
309                break;
310          default:
311                x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_HEX;
312     }
313
314     x4->params.analyse.i_me_range = avctx->me_range;
315     x4->params.analyse.i_subpel_refine    = avctx->me_subpel_quality;
316
317     x4->params.analyse.b_chroma_me        = avctx->me_cmp & FF_CMP_CHROMA;
318     /* AVS P2 only enables 8x8 transform */
319     x4->params.analyse.b_transform_8x8    = 1; //avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_8X8DCT;
320
321     x4->params.analyse.i_trellis          = avctx->trellis;
322     x4->params.analyse.i_noise_reduction  = avctx->noise_reduction;
323
324     if (avctx->level > 0)
325         x4->params.i_level_idc = avctx->level;
326
327     x4->params.rc.f_rate_tolerance =
328         (float)avctx->bit_rate_tolerance/avctx->bit_rate;
329
330     if ((avctx->rc_buffer_size) &&
331         (avctx->rc_initial_buffer_occupancy <= avctx->rc_buffer_size)) {
332         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init =
333             (float)avctx->rc_initial_buffer_occupancy / avctx->rc_buffer_size;
334     } else
335         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init = 0.9;
336
337     /* TAG:do we have MB tree RC method */
338     /* what is the RC method we are now using? Default NO */
339     x4->params.rc.f_ip_factor             = 1 / fabs(avctx->i_quant_factor);
340     x4->params.rc.f_pb_factor             = avctx->b_quant_factor;
341     x4->params.analyse.i_chroma_qp_offset = avctx->chromaoffset;
342
343     x4->params.analyse.b_psnr = avctx->flags & CODEC_FLAG_PSNR;
344     x4->params.i_log_level    = XAVS_LOG_DEBUG;
345     x4->params.i_threads      = avctx->thread_count;
346     x4->params.b_interlaced   = avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT;
347
348     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER)
349         x4->params.b_repeat_headers = 0;
350
351     x4->enc = xavs_encoder_open(&x4->params);
352     if (!x4->enc)
353         return -1;
354
355     if (!(x4->pts_buffer = av_mallocz((avctx->max_b_frames+1) * sizeof(*x4->pts_buffer))))
356         return AVERROR(ENOMEM);
357
358     avctx->coded_frame = &x4->out_pic;
359     /* TAG: Do we have GLOBAL HEADER in AVS */
360     /* We Have PPS and SPS in AVS */
361     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
362         xavs_nal_t *nal;
363         int nnal, s, i, size;
364         uint8_t *p;
365
366         s = xavs_encoder_headers(x4->enc, &nal, &nnal);
367
368         avctx->extradata = p = av_malloc(s);
369         for (i = 0; i < nnal; i++) {
370             /* Don't put the SEI in extradata. */
371             if (nal[i].i_type == NAL_SEI) {
372                 x4->sei = av_malloc( 5 + nal[i].i_payload * 4 / 3 );
373                 if (xavs_nal_encode(x4->sei, &x4->sei_size, 1, nal + i) < 0)
374                     return -1;
375
376                 continue;
377             }
378             size = xavs_nal_encode(p, &s, 1, nal + i);
379             if (size < 0)
380                 return -1;
381             p += size;
382         }
383         avctx->extradata_size = p - avctx->extradata;
384     }
385     return 0;
386 }
387
388 #define OFFSET(x) offsetof(XavsContext, x)
389 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
390 static const AVOption options[] = {
391     { "crf",           "Select the quality for constant quality mode",    OFFSET(crf),           AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {-1 }, -1, FLT_MAX, VE },
392     { "qp",            "Constant quantization parameter rate control method",OFFSET(cqp),        AV_OPT_TYPE_INT,    {-1 }, -1, INT_MAX, VE },
393     { "b-bias",        "Influences how often B-frames are used",          OFFSET(b_bias),        AV_OPT_TYPE_INT,    {INT_MIN}, INT_MIN, INT_MAX, VE },
394     { "cplxblur",      "Reduce fluctuations in QP (before curve compression)", OFFSET(cplxblur), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {-1 }, -1, FLT_MAX, VE},
395     { "direct-pred",   "Direct MV prediction mode",                       OFFSET(direct_pred),   AV_OPT_TYPE_INT,    {-1 }, -1, INT_MAX, VE, "direct-pred" },
396     { "none",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { XAVS_DIRECT_PRED_NONE },     0, 0, VE, "direct-pred" },
397     { "spatial",       NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { XAVS_DIRECT_PRED_SPATIAL },  0, 0, VE, "direct-pred" },
398     { "temporal",      NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { XAVS_DIRECT_PRED_TEMPORAL }, 0, 0, VE, "direct-pred" },
399     { "auto",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { XAVS_DIRECT_PRED_AUTO },     0, 0, VE, "direct-pred" },
400     { "aud",           "Use access unit delimiters.",                     OFFSET(aud),           AV_OPT_TYPE_INT,    {-1 }, -1, 1, VE},
401     { "mbtree",        "Use macroblock tree ratecontrol.",                OFFSET(mbtree),        AV_OPT_TYPE_INT,    {-1 }, -1, 1, VE},
402     { "mixed-refs",    "One reference per partition, as opposed to one reference per macroblock", OFFSET(mixed_refs), AV_OPT_TYPE_INT, {-1}, -1, 1, VE },
403     { "fast-pskip",    NULL,                                              OFFSET(fast_pskip),    AV_OPT_TYPE_INT,    {-1 }, -1, 1, VE},
404     { NULL },
405 };
406
407 static const AVClass class = {
408     .class_name = "libxavs",
409     .item_name  = av_default_item_name,
410     .option     = options,
411     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
412 };
413
414 static const AVCodecDefault xavs_defaults[] = {
415     { "b",                "0" },
416     { NULL },
417 };
418
419 AVCodec ff_libxavs_encoder = {
420     .name           = "libxavs",
421     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
422     .id             = AV_CODEC_ID_CAVS,
423     .priv_data_size = sizeof(XavsContext),
424     .init           = XAVS_init,
425     .encode2        = XAVS_frame,
426     .close          = XAVS_close,
427     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY | CODEC_CAP_AUTO_THREADS,
428     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) { PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_NONE },
429     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libxavs Chinese AVS (Audio Video Standard)"),
430     .priv_class     = &class,
431     .defaults       = xavs_defaults,
432 };