speedhq: fix decoding artifacts
[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     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 motion_est;
57     int mbtree;
58     int mixed_refs;
59     int b_frame_strategy;
60     int chroma_offset;
61     int scenechange_threshold;
62     int noise_reduction;
63
64     int64_t *pts_buffer;
65     int out_frame_count;
66 } XavsContext;
67
68 static void XAVS_log(void *p, int level, const char *fmt, va_list args)
69 {
70     static const int level_map[] = {
71         [XAVS_LOG_ERROR]   = AV_LOG_ERROR,
72         [XAVS_LOG_WARNING] = AV_LOG_WARNING,
73         [XAVS_LOG_INFO]    = AV_LOG_INFO,
74         [XAVS_LOG_DEBUG]   = AV_LOG_DEBUG
75     };
76
77     if (level < 0 || level > XAVS_LOG_DEBUG)
78         return;
79
80     av_vlog(p, level_map[level], fmt, args);
81 }
82
83 static int encode_nals(AVCodecContext *ctx, AVPacket *pkt,
84                        xavs_nal_t *nals, int nnal)
85 {
86     XavsContext *x4 = ctx->priv_data;
87     uint8_t *p;
88     int i, s, ret, size = x4->sei_size + AV_INPUT_BUFFER_MIN_SIZE;
89
90     if (!nnal)
91         return 0;
92
93     for (i = 0; i < nnal; i++)
94         size += nals[i].i_payload;
95
96     if ((ret = ff_alloc_packet2(ctx, pkt, size, 0)) < 0)
97         return ret;
98     p = pkt->data;
99
100     /* Write the SEI as part of the first frame. */
101     if (x4->sei_size > 0 && nnal > 0) {
102         memcpy(p, x4->sei, x4->sei_size);
103         p += x4->sei_size;
104         x4->sei_size = 0;
105     }
106
107     for (i = 0; i < nnal; i++) {
108         s = xavs_nal_encode(p, &size, 1, nals + i);
109         if (s < 0)
110             return -1;
111         p += s;
112     }
113     pkt->size = p - pkt->data;
114
115     return 1;
116 }
117
118 static int XAVS_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
119                       const AVFrame *frame, int *got_packet)
120 {
121     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
122     xavs_nal_t *nal;
123     int nnal, i, ret;
124     xavs_picture_t pic_out;
125     int pict_type;
126
127     x4->pic.img.i_csp   = XAVS_CSP_I420;
128     x4->pic.img.i_plane = 3;
129
130     if (frame) {
131        for (i = 0; i < 3; i++) {
132             x4->pic.img.plane[i] = frame->data[i];
133             x4->pic.img.i_stride[i] = frame->linesize[i];
134        }
135
136         x4->pic.i_pts  = frame->pts;
137         x4->pic.i_type = XAVS_TYPE_AUTO;
138         x4->pts_buffer[avctx->frame_number % (avctx->max_b_frames+1)] = frame->pts;
139     }
140
141     if (xavs_encoder_encode(x4->enc, &nal, &nnal,
142                             frame? &x4->pic: NULL, &pic_out) < 0)
143     return -1;
144
145     ret = encode_nals(avctx, pkt, nal, nnal);
146
147     if (ret < 0)
148         return -1;
149
150     if (!ret) {
151         if (!frame && !(x4->end_of_stream)) {
152             if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, 4, 0)) < 0)
153                 return ret;
154
155             pkt->data[0] = 0x0;
156             pkt->data[1] = 0x0;
157             pkt->data[2] = 0x01;
158             pkt->data[3] = 0xb1;
159             pkt->dts = 2*x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-1)%(avctx->max_b_frames+1)] -
160                          x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-2)%(avctx->max_b_frames+1)];
161             x4->end_of_stream = END_OF_STREAM;
162             *got_packet = 1;
163         }
164         return 0;
165     }
166
167 #if FF_API_CODED_FRAME
168 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
169     avctx->coded_frame->pts = pic_out.i_pts;
170 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
171 #endif
172     pkt->pts = pic_out.i_pts;
173     if (avctx->has_b_frames) {
174         if (!x4->out_frame_count)
175             pkt->dts = pkt->pts - (x4->pts_buffer[1] - x4->pts_buffer[0]);
176         else
177             pkt->dts = x4->pts_buffer[(x4->out_frame_count-1)%(avctx->max_b_frames+1)];
178     } else
179         pkt->dts = pkt->pts;
180
181     switch (pic_out.i_type) {
182     case XAVS_TYPE_IDR:
183     case XAVS_TYPE_I:
184         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
185         break;
186     case XAVS_TYPE_P:
187         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
188         break;
189     case XAVS_TYPE_B:
190     case XAVS_TYPE_BREF:
191         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
192         break;
193     default:
194         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_NONE;
195     }
196 #if FF_API_CODED_FRAME
197 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
198     avctx->coded_frame->pict_type = pict_type;
199 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
200 #endif
201
202     /* There is no IDR frame in AVS JiZhun */
203     /* Sequence header is used as a flag */
204     if (pic_out.i_type == XAVS_TYPE_I) {
205 #if FF_API_CODED_FRAME
206 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
207         avctx->coded_frame->key_frame = 1;
208 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
209 #endif
210         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
211     }
212
213 #if FF_API_CODED_FRAME
214 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
215     avctx->coded_frame->quality = (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA;
216 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
217 #endif
218
219     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt, (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, pict_type);
220
221     x4->out_frame_count++;
222     *got_packet = ret;
223     return 0;
224 }
225
226 static av_cold int XAVS_close(AVCodecContext *avctx)
227 {
228     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
229
230     av_freep(&avctx->extradata);
231     av_freep(&x4->sei);
232     av_freep(&x4->pts_buffer);
233
234     if (x4->enc)
235         xavs_encoder_close(x4->enc);
236
237     return 0;
238 }
239
240 static av_cold int XAVS_init(AVCodecContext *avctx)
241 {
242     XavsContext *x4 = avctx->priv_data;
243
244     x4->sei_size = 0;
245     xavs_param_default(&x4->params);
246
247     x4->params.pf_log               = XAVS_log;
248     x4->params.p_log_private        = avctx;
249     x4->params.i_keyint_max         = avctx->gop_size;
250     if (avctx->bit_rate) {
251         x4->params.rc.i_bitrate   = avctx->bit_rate / 1000;
252         x4->params.rc.i_rc_method = XAVS_RC_ABR;
253     }
254     x4->params.rc.i_vbv_buffer_size = avctx->rc_buffer_size / 1000;
255     x4->params.rc.i_vbv_max_bitrate = avctx->rc_max_rate    / 1000;
256     x4->params.rc.b_stat_write      = avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_PASS1;
257     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_PASS2) {
258         x4->params.rc.b_stat_read = 1;
259     } else {
260         if (x4->crf >= 0) {
261             x4->params.rc.i_rc_method   = XAVS_RC_CRF;
262             x4->params.rc.f_rf_constant = x4->crf;
263         } else if (x4->cqp >= 0) {
264             x4->params.rc.i_rc_method   = XAVS_RC_CQP;
265             x4->params.rc.i_qp_constant = x4->cqp;
266         }
267     }
268
269     if (x4->aud >= 0)
270         x4->params.b_aud                      = x4->aud;
271     if (x4->mbtree >= 0)
272         x4->params.rc.b_mb_tree               = x4->mbtree;
273     if (x4->direct_pred >= 0)
274         x4->params.analyse.i_direct_mv_pred   = x4->direct_pred;
275     if (x4->fast_pskip >= 0)
276         x4->params.analyse.b_fast_pskip       = x4->fast_pskip;
277     if (x4->motion_est >= 0)
278         x4->params.analyse.i_me_method        = x4->motion_est;
279     if (x4->mixed_refs >= 0)
280         x4->params.analyse.b_mixed_references = x4->mixed_refs;
281     if (x4->b_bias != INT_MIN)
282         x4->params.i_bframe_bias              = x4->b_bias;
283     if (x4->cplxblur >= 0)
284         x4->params.rc.f_complexity_blur = x4->cplxblur;
285
286 #if FF_API_MOTION_EST
287 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
288     if (x4->motion_est < 0) {
289         switch (avctx->me_method) {
290         case  ME_EPZS:
291             x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_DIA;
292             break;
293         case  ME_HEX:
294             x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_HEX;
295             break;
296         case  ME_UMH:
297             x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_UMH;
298             break;
299         case  ME_FULL:
300             x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_ESA;
301             break;
302         case  ME_TESA:
303             x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_TESA;
304             break;
305         default:
306             x4->params.analyse.i_me_method = XAVS_ME_HEX;
307         }
308     }
309 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
310 #endif
311
312     x4->params.i_bframe          = avctx->max_b_frames;
313     /* cabac is not included in AVS JiZhun Profile */
314     x4->params.b_cabac           = 0;
315
316 #if FF_API_PRIVATE_OPT
317 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
318     if (avctx->b_frame_strategy)
319         x4->b_frame_strategy = avctx->b_frame_strategy;
320 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
321 #endif
322
323     x4->params.i_bframe_adaptive = x4->b_frame_strategy;
324
325     avctx->has_b_frames          = !!avctx->max_b_frames;
326
327     /* AVS doesn't allow B picture as reference */
328     /* The max allowed reference frame number of B is 2 */
329     x4->params.i_keyint_min      = avctx->keyint_min;
330     if (x4->params.i_keyint_min > x4->params.i_keyint_max)
331         x4->params.i_keyint_min = x4->params.i_keyint_max;
332
333 #if FF_API_PRIVATE_OPT
334 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
335     if (avctx->scenechange_threshold)
336         x4->scenechange_threshold = avctx->scenechange_threshold;
337 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
338 #endif
339
340     x4->params.i_scenecut_threshold = x4->scenechange_threshold;
341
342    // x4->params.b_deblocking_filter       = avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_LOOP_FILTER;
343
344     x4->params.rc.i_qp_min                 = avctx->qmin;
345     x4->params.rc.i_qp_max                 = avctx->qmax;
346     x4->params.rc.i_qp_step                = avctx->max_qdiff;
347
348     x4->params.rc.f_qcompress       = avctx->qcompress; /* 0.0 => cbr, 1.0 => constant qp */
349     x4->params.rc.f_qblur           = avctx->qblur;     /* temporally blur quants */
350
351     x4->params.i_frame_reference    = avctx->refs;
352
353     x4->params.i_width              = avctx->width;
354     x4->params.i_height             = avctx->height;
355     x4->params.vui.i_sar_width      = avctx->sample_aspect_ratio.num;
356     x4->params.vui.i_sar_height     = avctx->sample_aspect_ratio.den;
357     /* This is only used for counting the fps */
358     x4->params.i_fps_num            = avctx->time_base.den;
359     x4->params.i_fps_den            = avctx->time_base.num;
360     x4->params.analyse.inter        = XAVS_ANALYSE_I8x8 |XAVS_ANALYSE_PSUB16x16| XAVS_ANALYSE_BSUB16x16;
361
362     x4->params.analyse.i_me_range = avctx->me_range;
363     x4->params.analyse.i_subpel_refine    = avctx->me_subpel_quality;
364
365     x4->params.analyse.b_chroma_me        = avctx->me_cmp & FF_CMP_CHROMA;
366     /* AVS P2 only enables 8x8 transform */
367     x4->params.analyse.b_transform_8x8    = 1; //avctx->flags2 & AV_CODEC_FLAG2_8X8DCT;
368
369     x4->params.analyse.i_trellis          = avctx->trellis;
370
371 #if FF_API_PRIVATE_OPT
372     FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
373     if (avctx->noise_reduction >= 0)
374         x4->noise_reduction = avctx->noise_reduction;
375     FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
376 #endif
377
378     x4->params.analyse.i_noise_reduction  = x4->noise_reduction;
379
380     if (avctx->level > 0)
381         x4->params.i_level_idc = avctx->level;
382
383     if (avctx->bit_rate > 0)
384         x4->params.rc.f_rate_tolerance =
385             (float)avctx->bit_rate_tolerance / avctx->bit_rate;
386
387     if ((avctx->rc_buffer_size) &&
388         (avctx->rc_initial_buffer_occupancy <= avctx->rc_buffer_size)) {
389         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init =
390             (float)avctx->rc_initial_buffer_occupancy / avctx->rc_buffer_size;
391     } else
392         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init = 0.9;
393
394     /* TAG:do we have MB tree RC method */
395     /* what is the RC method we are now using? Default NO */
396     x4->params.rc.f_ip_factor             = 1 / fabs(avctx->i_quant_factor);
397     x4->params.rc.f_pb_factor             = avctx->b_quant_factor;
398
399 #if FF_API_PRIVATE_OPT
400 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
401     if (avctx->chromaoffset)
402         x4->chroma_offset = avctx->chromaoffset;
403 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
404 #endif
405
406     x4->params.analyse.i_chroma_qp_offset = x4->chroma_offset;
407
408     x4->params.analyse.b_psnr = avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_PSNR;
409     x4->params.i_log_level    = XAVS_LOG_DEBUG;
410     x4->params.i_threads      = avctx->thread_count;
411     x4->params.b_interlaced   = avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT;
412
413     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER)
414         x4->params.b_repeat_headers = 0;
415
416     x4->enc = xavs_encoder_open(&x4->params);
417     if (!x4->enc)
418         return -1;
419
420     if (!(x4->pts_buffer = av_mallocz_array((avctx->max_b_frames+1), sizeof(*x4->pts_buffer))))
421         return AVERROR(ENOMEM);
422
423     /* TAG: Do we have GLOBAL HEADER in AVS */
424     /* We Have PPS and SPS in AVS */
425     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER && 0) {
426         xavs_nal_t *nal;
427         int nnal, s, i, size;
428         uint8_t *p;
429
430         s = xavs_encoder_headers(x4->enc, &nal, &nnal);
431
432         avctx->extradata = p = av_malloc(s);
433         for (i = 0; i < nnal; i++) {
434             /* Don't put the SEI in extradata. */
435             if (nal[i].i_type == NAL_SEI) {
436                 x4->sei = av_malloc( 5 + nal[i].i_payload * 4 / 3 );
437                 if (xavs_nal_encode(x4->sei, &x4->sei_size, 1, nal + i) < 0)
438                     return -1;
439
440                 continue;
441             }
442             size = xavs_nal_encode(p, &s, 1, nal + i);
443             if (size < 0)
444                 return -1;
445             p += size;
446         }
447         avctx->extradata_size = p - avctx->extradata;
448     }
449     return 0;
450 }
451
452 #define OFFSET(x) offsetof(XavsContext, x)
453 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
454 static const AVOption options[] = {
455     { "crf",           "Select the quality for constant quality mode",    OFFSET(crf),           AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl = -1 }, -1, FLT_MAX, VE },
456     { "qp",            "Constant quantization parameter rate control method",OFFSET(cqp),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, INT_MAX, VE },
457     { "b-bias",        "Influences how often B-frames are used",          OFFSET(b_bias),        AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = INT_MIN}, INT_MIN, INT_MAX, VE },
458     { "cplxblur",      "Reduce fluctuations in QP (before curve compression)", OFFSET(cplxblur), AV_OPT_TYPE_FLOAT,  {.dbl = -1 }, -1, FLT_MAX, VE},
459     { "direct-pred",   "Direct MV prediction mode",                       OFFSET(direct_pred),   AV_OPT_TYPE_INT,    {.i64 = -1 }, -1, INT_MAX, VE, "direct-pred" },
460     { "none",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_NONE },     0, 0, VE, "direct-pred" },
461     { "spatial",       NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_SPATIAL },  0, 0, VE, "direct-pred" },
462     { "temporal",      NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_TEMPORAL }, 0, 0, VE, "direct-pred" },
463     { "auto",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_DIRECT_PRED_AUTO },     0, 0, VE, "direct-pred" },
464     { "aud",           "Use access unit delimiters.",                     OFFSET(aud),           AV_OPT_TYPE_BOOL,    {.i64 = -1 }, -1, 1, VE},
465     { "mbtree",        "Use macroblock tree ratecontrol.",                OFFSET(mbtree),        AV_OPT_TYPE_BOOL,    {.i64 = -1 }, -1, 1, VE},
466     { "mixed-refs",    "One reference per partition, as opposed to one reference per macroblock", OFFSET(mixed_refs), AV_OPT_TYPE_BOOL, {.i64 = -1}, -1, 1, VE },
467     { "fast-pskip",    NULL,                                              OFFSET(fast_pskip),    AV_OPT_TYPE_BOOL,    {.i64 = -1 }, -1, 1, VE},
468     { "motion-est",   "Set motion estimation method",                     OFFSET(motion_est),    AV_OPT_TYPE_INT,    { .i64 = -1 }, -1, XAVS_ME_TESA, VE, "motion-est"},
469     { "dia",           NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_ME_DIA },               INT_MIN, INT_MAX, VE, "motion-est" },
470     { "hex",           NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_ME_HEX },               INT_MIN, INT_MAX, VE, "motion-est" },
471     { "umh",           NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_ME_UMH },               INT_MIN, INT_MAX, VE, "motion-est" },
472     { "esa",           NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_ME_ESA },               INT_MIN, INT_MAX, VE, "motion-est" },
473     { "tesa",          NULL,      0,    AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = XAVS_ME_TESA },              INT_MIN, INT_MAX, VE, "motion-est" },
474     { "b_strategy",    "Strategy to choose between I/P/B-frames",         OFFSET(b_frame_strategy), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0 }, 0, 2, VE},
475     { "chromaoffset", "QP difference between chroma and luma",           OFFSET(chroma_offset), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE},
476     { "sc_threshold", "Scene change threshold",                           OFFSET(scenechange_threshold), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0 }, 0, INT_MAX, VE},
477     { "noise_reduction", "Noise reduction",                               OFFSET(noise_reduction), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0 }, 0, INT_MAX, VE},
478
479     { NULL },
480 };
481
482 static const AVClass xavs_class = {
483     .class_name = "libxavs",
484     .item_name  = av_default_item_name,
485     .option     = options,
486     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
487 };
488
489 static const AVCodecDefault xavs_defaults[] = {
490     { "b",                "0" },
491     { NULL },
492 };
493
494 AVCodec ff_libxavs_encoder = {
495     .name           = "libxavs",
496     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libxavs Chinese AVS (Audio Video Standard)"),
497     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
498     .id             = AV_CODEC_ID_CAVS,
499     .priv_data_size = sizeof(XavsContext),
500     .init           = XAVS_init,
501     .encode2        = XAVS_frame,
502     .close          = XAVS_close,
503     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_DELAY | AV_CODEC_CAP_AUTO_THREADS,
504     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) { AV_PIX_FMT_YUV420P, AV_PIX_FMT_NONE },
505     .priv_class     = &xavs_class,
506     .defaults       = xavs_defaults,
507 };