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