30da83a08ca24f16e0ef98169bf7079b95d0feab
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
1 /*
2  * NVIDIA NVENC Support
3  * Copyright (C) 2015 Luca Barbato
4  * Copyright (C) 2015 Philip Langdale <philipl@overt.org>
5  * Copyright (C) 2014 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
6  *
7  * This file is part of Libav.
8  *
9  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 #include "config.h"
25
26 #include <nvEncodeAPI.h>
27 #include <string.h>
28
29 #define CUDA_LIBNAME "libcuda.so"
30
31 #if HAVE_DLFCN_H
32 #include <dlfcn.h>
33
34 #define NVENC_LIBNAME "libnvidia-encode.so"
35
36 #elif HAVE_WINDOWS_H
37 #include <windows.h>
38
39 #if ARCH_X86_64
40 #define NVENC_LIBNAME "nvEncodeAPI64.dll"
41 #else
42 #define NVENC_LIBNAME "nvEncodeAPI.dll"
43 #endif
44
45 #define dlopen(filename, flags) LoadLibrary((filename))
46 #define dlsym(handle, symbol)   GetProcAddress(handle, symbol)
47 #define dlclose(handle)         FreeLibrary(handle)
48 #endif
49
50 #include "libavutil/common.h"
51 #include "libavutil/hwcontext.h"
52 #include "libavutil/imgutils.h"
53 #include "libavutil/mem.h"
54 #include "avcodec.h"
55 #include "internal.h"
56 #include "nvenc.h"
57
58 #if CONFIG_CUDA
59 #include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
60 #endif
61
62 #define NVENC_CAP 0x30
63 #define BITSTREAM_BUFFER_SIZE 1024 * 1024
64 #define IS_CBR(rc) (rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR ||               \
65                     rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||    \
66                     rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP)
67
68 #define LOAD_LIBRARY(l, path)                   \
69     do {                                        \
70         if (!((l) = dlopen(path, RTLD_LAZY))) { \
71             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,         \
72                    "Cannot load %s\n",          \
73                    path);                       \
74             return AVERROR_UNKNOWN;             \
75         }                                       \
76     } while (0)
77
78 #define LOAD_SYMBOL(fun, lib, symbol)        \
79     do {                                     \
80         if (!((fun) = dlsym(lib, symbol))) { \
81             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,      \
82                    "Cannot load %s\n",       \
83                    symbol);                  \
84             return AVERROR_UNKNOWN;          \
85         }                                    \
86     } while (0)
87
88 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
89     AV_PIX_FMT_NV12,
90     AV_PIX_FMT_YUV420P,
91     AV_PIX_FMT_YUV444P,
92 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
93     AV_PIX_FMT_P010,
94     AV_PIX_FMT_YUV444P16,
95 #endif
96 #if CONFIG_CUDA
97     AV_PIX_FMT_CUDA,
98 #endif
99     AV_PIX_FMT_NONE
100 };
101
102 #define IS_10BIT(pix_fmt)  (pix_fmt == AV_PIX_FMT_P010    || \
103                             pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P16)
104
105 #define IS_YUV444(pix_fmt) (pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P || \
106                             pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P16)
107
108 static const struct {
109     NVENCSTATUS nverr;
110     int         averr;
111     const char *desc;
112 } nvenc_errors[] = {
113     { NV_ENC_SUCCESS,                      0,                "success"                  },
114     { NV_ENC_ERR_NO_ENCODE_DEVICE,         AVERROR(ENOENT),  "no encode device"         },
115     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_DEVICE,       AVERROR(ENOSYS),  "unsupported device"       },
116     { NV_ENC_ERR_INVALID_ENCODERDEVICE,    AVERROR(EINVAL),  "invalid encoder device"   },
117     { NV_ENC_ERR_INVALID_DEVICE,           AVERROR(EINVAL),  "invalid device"           },
118     { NV_ENC_ERR_DEVICE_NOT_EXIST,         AVERROR(EIO),     "device does not exist"    },
119     { NV_ENC_ERR_INVALID_PTR,              AVERROR(EFAULT),  "invalid ptr"              },
120     { NV_ENC_ERR_INVALID_EVENT,            AVERROR(EINVAL),  "invalid event"            },
121     { NV_ENC_ERR_INVALID_PARAM,            AVERROR(EINVAL),  "invalid param"            },
122     { NV_ENC_ERR_INVALID_CALL,             AVERROR(EINVAL),  "invalid call"             },
123     { NV_ENC_ERR_OUT_OF_MEMORY,            AVERROR(ENOMEM),  "out of memory"            },
124     { NV_ENC_ERR_ENCODER_NOT_INITIALIZED,  AVERROR(EINVAL),  "encoder not initialized"  },
125     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_PARAM,        AVERROR(ENOSYS),  "unsupported param"        },
126     { NV_ENC_ERR_LOCK_BUSY,                AVERROR(EAGAIN),  "lock busy"                },
127     { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR(ENOBUFS), "not enough buffer"        },
128     { NV_ENC_ERR_INVALID_VERSION,          AVERROR(EINVAL),  "invalid version"          },
129     { NV_ENC_ERR_MAP_FAILED,               AVERROR(EIO),     "map failed"               },
130     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR(EAGAIN),  "need more input"          },
131     { NV_ENC_ERR_ENCODER_BUSY,             AVERROR(EAGAIN),  "encoder busy"             },
132     { NV_ENC_ERR_EVENT_NOT_REGISTERD,      AVERROR(EBADF),   "event not registered"     },
133     { NV_ENC_ERR_GENERIC,                  AVERROR_UNKNOWN,  "generic error"            },
134     { NV_ENC_ERR_INCOMPATIBLE_CLIENT_KEY,  AVERROR(EINVAL),  "incompatible client key"  },
135     { NV_ENC_ERR_UNIMPLEMENTED,            AVERROR(ENOSYS),  "unimplemented"            },
136     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_REGISTER_FAILED, AVERROR(EIO),     "resource register failed" },
137     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_REGISTERED,  AVERROR(EBADF),   "resource not registered"  },
138     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_MAPPED,      AVERROR(EBADF),   "resource not mapped"      },
139 };
140
141 static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
142 {
143     int i;
144     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(nvenc_errors); i++) {
145         if (nvenc_errors[i].nverr == err) {
146             if (desc)
147                 *desc = nvenc_errors[i].desc;
148             return nvenc_errors[i].averr;
149         }
150     }
151     if (desc)
152         *desc = "unknown error";
153     return AVERROR_UNKNOWN;
154 }
155
156 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
157                              const char *error_string)
158 {
159     const char *desc;
160     int ret;
161     ret = nvenc_map_error(err, &desc);
162     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s (%d)\n", error_string, desc, err);
163     return ret;
164 }
165
166 static av_cold int nvenc_load_libraries(AVCodecContext *avctx)
167 {
168     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
169     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
170     PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvenc_create_instance;
171     NVENCSTATUS err;
172
173 #if CONFIG_CUDA
174     nvel->cu_init                      = cuInit;
175     nvel->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
176     nvel->cu_device_get                = cuDeviceGet;
177     nvel->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
178     nvel->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
179     nvel->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
180     nvel->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
181     nvel->cu_ctx_push_current          = cuCtxPushCurrent_v2;
182     nvel->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
183 #else
184     LOAD_LIBRARY(nvel->cuda, CUDA_LIBNAME);
185
186     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_init, nvel->cuda, "cuInit");
187     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_count, nvel->cuda, "cuDeviceGetCount");
188     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get, nvel->cuda, "cuDeviceGet");
189     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_name, nvel->cuda, "cuDeviceGetName");
190     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_compute_capability, nvel->cuda,
191                 "cuDeviceComputeCapability");
192     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_create, nvel->cuda, "cuCtxCreate_v2");
193     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_pop_current, nvel->cuda, "cuCtxPopCurrent_v2");
194     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_push_current, nvel->cuda, "cuCtxPushCurrent_v2");
195     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_destroy, nvel->cuda, "cuCtxDestroy_v2");
196 #endif
197
198     LOAD_LIBRARY(nvel->nvenc, NVENC_LIBNAME);
199
200     LOAD_SYMBOL(nvenc_create_instance, nvel->nvenc,
201                 "NvEncodeAPICreateInstance");
202
203     nvel->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
204
205     err = nvenc_create_instance(&nvel->nvenc_funcs);
206     if (err != NV_ENC_SUCCESS)
207         return nvenc_print_error(avctx, err, "Cannot create the NVENC instance");
208
209     return 0;
210 }
211
212 static int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
213 {
214     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS params = { 0 };
215     NVENCContext *ctx                           = avctx->priv_data;
216     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv             = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
217     int ret;
218
219     params.version    = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
220     params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
221     params.device     = ctx->cu_context;
222     params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
223
224     ret = nv->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvenc_ctx);
225     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
226         ctx->nvenc_ctx = NULL;
227         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot open the NVENC Session");
228     }
229
230     return 0;
231 }
232
233 static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
234 {
235     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
236     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
237     int i, ret, count = 0;
238     GUID *guids = NULL;
239
240     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDCount(ctx->nvenc_ctx, &count);
241
242     if (ret != NV_ENC_SUCCESS || !count)
243         return AVERROR(ENOSYS);
244
245     guids = av_malloc(count * sizeof(GUID));
246     if (!guids)
247         return AVERROR(ENOMEM);
248
249     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDs(ctx->nvenc_ctx, guids, count, &count);
250     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
251         ret = AVERROR(ENOSYS);
252         goto fail;
253     }
254
255     ret = AVERROR(ENOSYS);
256     for (i = 0; i < count; i++) {
257         if (!memcmp(&guids[i], &ctx->params.encodeGUID, sizeof(*guids))) {
258             ret = 0;
259             break;
260         }
261     }
262
263 fail:
264     av_free(guids);
265
266     return ret;
267 }
268
269 static int nvenc_check_cap(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_CAPS cap)
270 {
271     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
272     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
273     NV_ENC_CAPS_PARAM params        = { 0 };
274     int ret, val = 0;
275
276     params.version     = NV_ENC_CAPS_PARAM_VER;
277     params.capsToQuery = cap;
278
279     ret = nv->nvEncGetEncodeCaps(ctx->nvenc_ctx, ctx->params.encodeGUID, &params, &val);
280
281     if (ret == NV_ENC_SUCCESS)
282         return val;
283     return 0;
284 }
285
286 static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
287 {
288     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
289     int ret;
290
291     ret = nvenc_check_codec_support(avctx);
292     if (ret < 0) {
293         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Codec not supported\n");
294         return ret;
295     }
296
297     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_YUV444_ENCODE);
298     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P && ret <= 0) {
299         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "YUV444P not supported\n");
300         return AVERROR(ENOSYS);
301     }
302
303     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_WIDTH_MAX);
304     if (ret < avctx->width) {
305         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Width %d exceeds %d\n",
306                avctx->width, ret);
307         return AVERROR(ENOSYS);
308     }
309
310     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_HEIGHT_MAX);
311     if (ret < avctx->height) {
312         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Height %d exceeds %d\n",
313                avctx->height, ret);
314         return AVERROR(ENOSYS);
315     }
316
317     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_NUM_MAX_BFRAMES);
318     if (ret < avctx->max_b_frames) {
319         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Max B-frames %d exceed %d\n",
320                avctx->max_b_frames, ret);
321
322         return AVERROR(ENOSYS);
323     }
324
325     return 0;
326 }
327
328 static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
329 {
330     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
331     NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
332     char name[128]                  = { 0 };
333     int major, minor, ret;
334     CUdevice cu_device;
335     CUcontext dummy;
336     int loglevel = AV_LOG_VERBOSE;
337
338     if (ctx->device == LIST_DEVICES)
339         loglevel = AV_LOG_INFO;
340
341     ret = nvel->cu_device_get(&cu_device, idx);
342     if (ret != CUDA_SUCCESS) {
343         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
344                "Cannot access the CUDA device %d\n",
345                idx);
346         return -1;
347     }
348
349     ret = nvel->cu_device_get_name(name, sizeof(name), cu_device);
350     if (ret != CUDA_SUCCESS)
351         return -1;
352
353     ret = nvel->cu_device_compute_capability(&major, &minor, cu_device);
354     if (ret != CUDA_SUCCESS)
355         return -1;
356
357     av_log(avctx, loglevel, "Device %d [%s] ", cu_device, name);
358
359     if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP)
360         goto fail;
361
362     if (ctx->device != idx && ctx->device != ANY_DEVICE)
363         return -1;
364
365     ret = nvel->cu_ctx_create(&ctx->cu_context_internal, 0, cu_device);
366     if (ret != CUDA_SUCCESS)
367         goto fail;
368
369     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
370
371     ret = nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
372     if (ret != CUDA_SUCCESS)
373         goto fail2;
374
375     if ((ret = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
376         goto fail2;
377
378     if ((ret = nvenc_check_capabilities(avctx)) < 0)
379         goto fail3;
380
381     av_log(avctx, loglevel, "supports NVENC\n");
382
383     if (ctx->device == idx || ctx->device == ANY_DEVICE)
384         return 0;
385
386 fail3:
387     nvel->nvenc_funcs.nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
388     ctx->nvenc_ctx = NULL;
389
390 fail2:
391     nvel->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
392     ctx->cu_context_internal = NULL;
393
394 fail:
395     if (ret != 0)
396         av_log(avctx, loglevel, "does not support NVENC (major %d minor %d)\n",
397                major, minor);
398
399     return AVERROR(ENOSYS);
400 }
401
402 static int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
403 {
404     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
405     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
406
407     switch (avctx->codec->id) {
408     case AV_CODEC_ID_H264:
409         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
410         break;
411     case AV_CODEC_ID_HEVC:
412         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
413         break;
414     default:
415         return AVERROR_BUG;
416     }
417
418     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
419 #if CONFIG_CUDA
420         AVHWFramesContext   *frames_ctx;
421         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
422         int ret;
423
424         if (!avctx->hw_frames_ctx)
425             return AVERROR(EINVAL);
426
427         frames_ctx   = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
428         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
429
430         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
431
432         ret = nvenc_open_session(avctx);
433         if (ret < 0)
434             return ret;
435
436         ret = nvenc_check_capabilities(avctx);
437         if (ret < 0)
438             return ret;
439 #else
440         return AVERROR_BUG;
441 #endif
442     } else {
443         int i, nb_devices = 0;
444
445         if ((nvel->cu_init(0)) != CUDA_SUCCESS) {
446             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
447                    "Cannot init CUDA\n");
448             return AVERROR_UNKNOWN;
449         }
450
451         if ((nvel->cu_device_get_count(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
452             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
453                    "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
454             return AVERROR_UNKNOWN;
455         }
456
457
458         for (i = 0; i < nb_devices; ++i) {
459             if ((nvenc_check_device(avctx, i)) >= 0 && ctx->device != LIST_DEVICES)
460                 return 0;
461         }
462
463         if (ctx->device == LIST_DEVICES)
464             return AVERROR_EXIT;
465
466         return AVERROR(ENOSYS);
467     }
468
469     return 0;
470 }
471
472 typedef struct GUIDTuple {
473     const GUID guid;
474     int flags;
475 } GUIDTuple;
476
477 #define PRESET_ALIAS(alias, name, ...) \
478     [PRESET_ ## alias] = { NV_ENC_PRESET_ ## name ## _GUID, __VA_ARGS__ }
479
480 #define PRESET(name, ...) PRESET_ALIAS(name, name, __VA_ARGS__)
481
482 static int nvenc_map_preset(NVENCContext *ctx)
483 {
484     GUIDTuple presets[] = {
485         PRESET(DEFAULT),
486         PRESET(HP),
487         PRESET(HQ),
488         PRESET(BD),
489         PRESET(LOW_LATENCY_DEFAULT, NVENC_LOWLATENCY),
490         PRESET(LOW_LATENCY_HP,      NVENC_LOWLATENCY),
491         PRESET(LOW_LATENCY_HQ,      NVENC_LOWLATENCY),
492         PRESET(LOSSLESS_DEFAULT,    NVENC_LOSSLESS),
493         PRESET(LOSSLESS_HP,         NVENC_LOSSLESS),
494         PRESET_ALIAS(SLOW, HQ,      NVENC_TWO_PASSES),
495         PRESET_ALIAS(MEDIUM, HQ,    NVENC_ONE_PASS),
496         PRESET_ALIAS(FAST, HP,      NVENC_ONE_PASS),
497         { { 0 } }
498     };
499
500     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
501
502     ctx->params.presetGUID = t->guid;
503     ctx->flags             = t->flags;
504
505     return AVERROR(EINVAL);
506 }
507
508 #undef PRESET
509 #undef PRESET_ALIAS
510
511 static void set_constqp(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
512 {
513     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
514     rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
515     rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
516     rc->constQP.qpIntra  = avctx->global_quality;
517 }
518
519 static void set_vbr(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
520 {
521     if (avctx->qmin >= 0) {
522         rc->enableMinQP    = 1;
523         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
524         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
525         rc->minQP.qpIntra  = avctx->qmin;
526     }
527
528     if (avctx->qmax >= 0) {
529         rc->enableMaxQP = 1;
530         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
531         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
532         rc->maxQP.qpIntra  = avctx->qmax;
533     }
534 }
535
536 static void set_lossless(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
537 {
538     rc->rateControlMode  = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
539     rc->constQP.qpInterB = 0;
540     rc->constQP.qpInterP = 0;
541     rc->constQP.qpIntra  = 0;
542 }
543
544 static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx,
545                                         NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
546 {
547     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
548
549     switch (ctx->rc) {
550     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
551         if (avctx->global_quality < 0) {
552             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
553                    "The constant quality rate-control requires "
554                    "the 'global_quality' option set.\n");
555             return;
556         }
557         set_constqp(avctx, rc);
558         return;
559     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
560     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
561         if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
562             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
563                    "The variable bitrate rate-control requires "
564                    "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
565             return;
566         }
567     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
568         if (avctx->qmin < 0) {
569             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
570                    "The variable bitrate rate-control requires "
571                    "the 'qmin' option set.\n");
572             return;
573         }
574         set_vbr(avctx, rc);
575         break;
576     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
577         break;
578     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
579     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
580         if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
581             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
582                    "The multipass rate-control requires "
583                    "a low-latency preset.\n");
584             return;
585         }
586     }
587
588     rc->rateControlMode = ctx->rc;
589 }
590
591 static void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
592 {
593     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
594     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->config.rcParams;
595
596     if (avctx->bit_rate > 0)
597         rc->averageBitRate = avctx->bit_rate;
598
599     if (avctx->rc_max_rate > 0)
600         rc->maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
601
602     if (ctx->rc > 0) {
603         nvenc_override_rate_control(avctx, rc);
604     } else if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
605         set_lossless(avctx, rc);
606     } else if (avctx->global_quality > 0) {
607         set_constqp(avctx, rc);
608     } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
609         rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
610         set_vbr(avctx, rc);
611     }
612
613     if (avctx->rc_buffer_size > 0)
614         rc->vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
615
616     if (rc->averageBitRate > 0)
617         avctx->bit_rate = rc->averageBitRate;
618
619 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
620     if (ctx->aq) {
621         ctx->config.rcParams.enableAQ   = 1;
622         ctx->config.rcParams.aqStrength = ctx->aq_strength;
623         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "AQ enabled.\n");
624     }
625
626     if (ctx->temporal_aq) {
627         ctx->config.rcParams.enableTemporalAQ = 1;
628         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Temporal AQ enabled.\n");
629     }
630
631     if (ctx->rc_lookahead > 0) {
632         int lkd_bound = FFMIN(ctx->nb_surfaces, ctx->async_depth) -
633                         ctx->config.frameIntervalP - 4;
634
635         if (lkd_bound < 0) {
636             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
637                    "Lookahead not enabled. Increase buffer delay (-delay).\n");
638         } else {
639             ctx->config.rcParams.enableLookahead = 1;
640             ctx->config.rcParams.lookaheadDepth  = av_clip(ctx->rc_lookahead, 0, lkd_bound);
641             ctx->config.rcParams.disableIadapt   = ctx->no_scenecut;
642             ctx->config.rcParams.disableBadapt   = !ctx->b_adapt;
643             av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
644                    "Lookahead enabled: depth %d, scenecut %s, B-adapt %s.\n",
645                    ctx->config.rcParams.lookaheadDepth,
646                    ctx->config.rcParams.disableIadapt ? "disabled" : "enabled",
647                    ctx->config.rcParams.disableBadapt ? "disabled" : "enabled");
648         }
649     }
650
651     if (ctx->strict_gop) {
652         ctx->config.rcParams.strictGOPTarget = 1;
653         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Strict GOP target enabled.\n");
654     }
655
656     if (ctx->nonref_p)
657         ctx->config.rcParams.enableNonRefP = 1;
658
659     if (ctx->zerolatency)
660         ctx->config.rcParams.zeroReorderDelay = 1;
661
662     if (ctx->quality)
663         ctx->config.rcParams.targetQuality = ctx->quality;
664 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
665 }
666
667 static int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
668 {
669     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
670     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
671     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
672     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
673
674     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
675                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
676                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
677
678     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
679     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
680     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
681
682     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
683
684     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
685                                       vui->videoFullRangeFlag;
686
687     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
688     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
689     h264->outputAUD     = 1;
690
691     h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
692     h264->idrPeriod       = cc->gopLength;
693
694     h264->sliceMode     = 3;
695     h264->sliceModeData = FFMAX(avctx->slices, 1);
696
697     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS)
698         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
699
700     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
701         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
702         h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
703     }
704
705     if (ctx->profile)
706         avctx->profile = ctx->profile;
707
708     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P)
709         h264->chromaFormatIDC = 3;
710     else
711         h264->chromaFormatIDC = 1;
712
713     switch (ctx->profile) {
714     case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
715         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
716         break;
717     case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
718         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
719         break;
720     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
721         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
722         break;
723     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444:
724         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
725         break;
726     case NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH:
727         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH_GUID;
728         break;
729     }
730
731     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
732         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
733         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
734     }
735
736     h264->level = ctx->level;
737
738     return 0;
739 }
740
741 static int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
742 {
743     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
744     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
745     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
746     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
747
748     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
749                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
750                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
751
752     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
753     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
754     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
755
756     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
757
758     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
759                                       vui->videoFullRangeFlag;
760
761     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
762     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
763     hevc->outputAUD     = 1;
764
765     hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
766     hevc->idrPeriod            = cc->gopLength;
767
768     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
769         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
770         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
771     }
772
773     switch (ctx->profile) {
774     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN:
775         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
776         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
777         break;
778 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
779     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_10:
780         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
781         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
782         break;
783     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_REXT:
784         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
785         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
786         break;
787 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
788     }
789
790     // force setting profile for various input formats
791     switch (ctx->data_pix_fmt) {
792     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
793     case AV_PIX_FMT_NV12:
794         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
795         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
796         break;
797 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
798     case AV_PIX_FMT_P010:
799         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
800         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
801         break;
802     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
803     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
804         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
805         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
806         break;
807 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
808     }
809
810 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
811     hevc->chromaFormatIDC     = IS_YUV444(ctx->data_pix_fmt) ? 3 : 1;
812     hevc->pixelBitDepthMinus8 = IS_10BIT(ctx->data_pix_fmt)  ? 2 : 0;
813 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
814
815     hevc->sliceMode     = 3;
816     hevc->sliceModeData = FFMAX(avctx->slices, 1);
817
818     if (ctx->level) {
819         hevc->level = ctx->level;
820     } else {
821         hevc->level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
822     }
823
824     if (ctx->tier) {
825         hevc->tier = ctx->tier;
826     }
827
828     return 0;
829 }
830 static int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
831 {
832     switch (avctx->codec->id) {
833     case AV_CODEC_ID_H264:
834         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
835     case AV_CODEC_ID_HEVC:
836         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
837     }
838     return 0;
839 }
840
841 static int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
842 {
843     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
844     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
845     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_cfg = { 0 };
846     AVCPBProperties *cpb_props;
847     int ret;
848
849     ctx->params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
850
851     ctx->params.encodeHeight = avctx->height;
852     ctx->params.encodeWidth  = avctx->width;
853
854     if (avctx->sample_aspect_ratio.num &&
855         avctx->sample_aspect_ratio.den &&
856         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 ||
857          avctx->sample_aspect_ratio.den != 1)) {
858         av_reduce(&ctx->params.darWidth,
859                   &ctx->params.darHeight,
860                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
861                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
862                   INT_MAX / 8);
863     } else {
864         ctx->params.darHeight = avctx->height;
865         ctx->params.darWidth  = avctx->width;
866     }
867
868     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
869     // playback at 704 pixel width.
870     if (avctx->width == 720 && (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
871         av_reduce(&ctx->params.darWidth, &ctx->params.darHeight,
872                   ctx->params.darWidth * 44,
873                   ctx->params.darHeight * 45,
874                   1024 * 1024);
875     }
876
877     ctx->params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
878     ctx->params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
879
880     ctx->params.enableEncodeAsync = 0;
881     ctx->params.enablePTD         = 1;
882
883     ctx->params.encodeConfig = &ctx->config;
884
885     nvenc_map_preset(ctx);
886
887     preset_cfg.version           = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
888     preset_cfg.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
889
890     ret = nv->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvenc_ctx,
891                                          ctx->params.encodeGUID,
892                                          ctx->params.presetGUID,
893                                          &preset_cfg);
894     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
895         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the preset configuration");
896
897     memcpy(&ctx->config, &preset_cfg.presetCfg, sizeof(ctx->config));
898
899     ctx->config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
900
901     if (avctx->gop_size > 0) {
902         if (avctx->max_b_frames > 0) {
903             /* 0 is intra-only,
904              * 1 is I/P only,
905              * 2 is one B-Frame,
906              * 3 two B-frames, and so on. */
907             ctx->config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
908         } else if (avctx->max_b_frames == 0) {
909             ctx->config.frameIntervalP = 1;
910         }
911         ctx->config.gopLength = avctx->gop_size;
912     } else if (avctx->gop_size == 0) {
913         ctx->config.frameIntervalP = 0;
914         ctx->config.gopLength      = 1;
915     }
916
917     if (ctx->config.frameIntervalP > 1)
918         avctx->max_b_frames = ctx->config.frameIntervalP - 1;
919
920     ctx->initial_pts[0] = AV_NOPTS_VALUE;
921     ctx->initial_pts[1] = AV_NOPTS_VALUE;
922
923     nvenc_setup_rate_control(avctx);
924
925     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
926         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
927     } else {
928         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
929     }
930
931     if ((ret = nvenc_setup_codec_config(avctx)) < 0)
932         return ret;
933
934     ret = nv->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvenc_ctx, &ctx->params);
935     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
936         return nvenc_print_error(avctx, ret, "InitializeEncoder failed");
937
938     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
939     if (!cpb_props)
940         return AVERROR(ENOMEM);
941     cpb_props->max_bitrate = avctx->rc_max_rate;
942     cpb_props->min_bitrate = avctx->rc_min_rate;
943     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
944     cpb_props->buffer_size = avctx->rc_buffer_size;
945
946     return 0;
947 }
948
949 static int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
950 {
951     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
952     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
953     int ret;
954     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER out_buffer = { 0 };
955
956     switch (ctx->data_pix_fmt) {
957     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
958         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
959         break;
960     case AV_PIX_FMT_NV12:
961         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
962         break;
963     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
964         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
965         break;
966 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
967     case AV_PIX_FMT_P010:
968         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
969         break;
970     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
971         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
972         break;
973 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
974     default:
975         return AVERROR_BUG;
976     }
977
978     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
979         ctx->frames[idx].in_ref = av_frame_alloc();
980         if (!ctx->frames[idx].in_ref)
981             return AVERROR(ENOMEM);
982     } else {
983         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER in_buffer      = { 0 };
984
985         in_buffer.version  = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
986
987         in_buffer.width  = avctx->width;
988         in_buffer.height = avctx->height;
989
990         in_buffer.bufferFmt  = ctx->frames[idx].format;
991         in_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
992
993         ret = nv->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &in_buffer);
994         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
995             return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateInputBuffer failed");
996
997         ctx->frames[idx].in     = in_buffer.inputBuffer;
998     }
999
1000     out_buffer.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
1001     /* 1MB is large enough to hold most output frames.
1002      * NVENC increases this automatically if it is not enough. */
1003     out_buffer.size = BITSTREAM_BUFFER_SIZE;
1004
1005     out_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
1006
1007     ret = nv->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, &out_buffer);
1008     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1009         return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateBitstreamBuffer failed");
1010
1011     ctx->frames[idx].out  = out_buffer.bitstreamBuffer;
1012
1013     return 0;
1014 }
1015
1016 static int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
1017 {
1018     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1019     int i, ret;
1020
1021     ctx->nb_surfaces = FFMAX(4 + avctx->max_b_frames,
1022                              ctx->nb_surfaces);
1023     ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
1024
1025
1026     ctx->frames = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->frames));
1027     if (!ctx->frames)
1028         return AVERROR(ENOMEM);
1029
1030     ctx->timestamps = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
1031     if (!ctx->timestamps)
1032         return AVERROR(ENOMEM);
1033     ctx->pending = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
1034     if (!ctx->pending)
1035         return AVERROR(ENOMEM);
1036     ctx->ready = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
1037     if (!ctx->ready)
1038         return AVERROR(ENOMEM);
1039
1040     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1041         if ((ret = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
1042             return ret;
1043     }
1044
1045     return 0;
1046 }
1047
1048 #define EXTRADATA_SIZE 512
1049
1050 static int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
1051 {
1052     NVENCContext *ctx                     = avctx->priv_data;
1053     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv       = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1054     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1055     int ret;
1056
1057     avctx->extradata = av_mallocz(EXTRADATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1058     if (!avctx->extradata)
1059         return AVERROR(ENOMEM);
1060
1061     payload.version              = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1062     payload.spsppsBuffer         = avctx->extradata;
1063     payload.inBufferSize         = EXTRADATA_SIZE;
1064     payload.outSPSPPSPayloadSize = &avctx->extradata_size;
1065
1066     ret = nv->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvenc_ctx, &payload);
1067     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1068         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the extradata");
1069
1070     return 0;
1071 }
1072
1073 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1074 {
1075     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1076     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1077     int i;
1078
1079     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
1080     if (ctx->nvenc_ctx) {
1081         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
1082                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
1083
1084         nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1085     }
1086
1087     av_fifo_free(ctx->timestamps);
1088     av_fifo_free(ctx->pending);
1089     av_fifo_free(ctx->ready);
1090
1091     if (ctx->frames) {
1092         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
1093             if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA) {
1094                 nv->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in);
1095             } else if (ctx->frames[i].in) {
1096                 nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in_map.mappedResource);
1097             }
1098
1099             av_frame_free(&ctx->frames[i].in_ref);
1100             nv->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].out);
1101         }
1102     }
1103     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1104         if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1105             nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->registered_frames[i].regptr);
1106     }
1107     ctx->nb_registered_frames = 0;
1108
1109     av_freep(&ctx->frames);
1110
1111     if (ctx->nvenc_ctx)
1112         nv->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
1113
1114     if (ctx->cu_context_internal)
1115         ctx->nvel.cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1116
1117     if (ctx->nvel.nvenc)
1118         dlclose(ctx->nvel.nvenc);
1119
1120 #if !CONFIG_CUDA
1121     if (ctx->nvel.cuda)
1122         dlclose(ctx->nvel.cuda);
1123 #endif
1124
1125     return 0;
1126 }
1127
1128 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1129 {
1130     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1131     int ret;
1132
1133     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1134         AVHWFramesContext *frames_ctx;
1135         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
1136             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1137                    "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
1138             return AVERROR(EINVAL);
1139         }
1140         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1141         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
1142     } else {
1143         ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
1144     }
1145
1146     if ((ret = nvenc_load_libraries(avctx)) < 0)
1147         return ret;
1148
1149     if ((ret = nvenc_setup_device(avctx)) < 0)
1150         return ret;
1151
1152     if ((ret = nvenc_setup_encoder(avctx)) < 0)
1153         return ret;
1154
1155     if ((ret = nvenc_setup_surfaces(avctx)) < 0)
1156         return ret;
1157
1158     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1159         if ((ret = nvenc_setup_extradata(avctx)) < 0)
1160             return ret;
1161     }
1162
1163     return 0;
1164 }
1165
1166 static NVENCFrame *get_free_frame(NVENCContext *ctx)
1167 {
1168     int i;
1169
1170     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1171         if (!ctx->frames[i].locked) {
1172             ctx->frames[i].locked = 1;
1173             return &ctx->frames[i];
1174         }
1175     }
1176
1177     return NULL;
1178 }
1179
1180 static int nvenc_copy_frame(NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *in, const AVFrame *frame)
1181 {
1182     uint8_t *buf = in->bufferDataPtr;
1183     int off      = frame->height * in->pitch;
1184
1185     switch (frame->format) {
1186     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
1187         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1188                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1189                             frame->width, frame->height);
1190         buf += off;
1191
1192         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1193                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1194                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1195
1196         buf += off >> 2;
1197
1198         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1199                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1200                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1201         break;
1202     case AV_PIX_FMT_NV12:
1203         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1204                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1205                             frame->width, frame->height);
1206         buf += off;
1207
1208         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1209                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1210                             frame->width, frame->height >> 1);
1211         break;
1212     case AV_PIX_FMT_P010:
1213         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1214                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1215                             frame->width << 1, frame->height);
1216         buf += off;
1217
1218         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1219                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1220                             frame->width << 1, frame->height >> 1);
1221         break;
1222     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
1223         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1224                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1225                             frame->width, frame->height);
1226         buf += off;
1227
1228         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1229                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1230                             frame->width, frame->height);
1231         buf += off;
1232
1233         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1234                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1235                             frame->width, frame->height);
1236         break;
1237     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
1238         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1239                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1240                             frame->width << 1, frame->height);
1241         buf += off;
1242
1243         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1244                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1245                             frame->width << 1, frame->height);
1246         buf += off;
1247
1248         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1249                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1250                             frame->width << 1, frame->height);
1251         break;
1252     default:
1253         return AVERROR_BUG;
1254     }
1255
1256     return 0;
1257 }
1258
1259 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1260 {
1261     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1262     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1263     int i;
1264
1265     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1266         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1267             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1268                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1269                     nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx,
1270                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1271                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1272                 }
1273                 return i;
1274             }
1275         }
1276     } else {
1277         return ctx->nb_registered_frames++;
1278     }
1279
1280     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1281     return AVERROR(ENOMEM);
1282 }
1283
1284 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1285 {
1286     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1287     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1288     AVHWFramesContext   *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1289     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1290     int i, idx, ret;
1291
1292     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1293         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1294             return i;
1295     }
1296
1297     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1298     if (idx < 0)
1299         return idx;
1300
1301     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1302     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1303     reg.width              = frames_ctx->width;
1304     reg.height             = frames_ctx->height;
1305     reg.bufferFormat       = ctx->frames[0].format;
1306     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1307     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1308
1309     ret = nv->nvEncRegisterResource(ctx->nvenc_ctx, &reg);
1310     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1311         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1312         return AVERROR_UNKNOWN;
1313     }
1314
1315     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1316     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1317     return idx;
1318 }
1319
1320 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1321                               NVENCFrame *nvenc_frame)
1322 {
1323     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1324     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1325     int ret;
1326
1327     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1328         int reg_idx;
1329
1330         ret = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1331         if (ret < 0) {
1332             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1333             return ret;
1334         }
1335         reg_idx = ret;
1336
1337         ret = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1338         if (ret < 0)
1339             return ret;
1340
1341         nvenc_frame->in_map.version            = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1342         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1343
1344         ret = nv->nvEncMapInputResource(ctx->nvenc_ctx, &nvenc_frame->in_map);
1345         if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1346             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1347             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Error mapping an input resource");
1348         }
1349
1350         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1351         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1352         nvenc_frame->in                        = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1353     } else {
1354         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER params = { 0 };
1355
1356         params.version     = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1357         params.inputBuffer = nvenc_frame->in;
1358
1359         ret = nv->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &params);
1360         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1361             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the buffer");
1362
1363         ret = nvenc_copy_frame(&params, frame);
1364         if (ret < 0) {
1365             nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1366             return ret;
1367         }
1368
1369         ret = nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1370         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1371             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the buffer");
1372     }
1373
1374     return 0;
1375 }
1376
1377 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1378                                             NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1379 {
1380     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1381
1382     switch (avctx->codec->id) {
1383     case AV_CODEC_ID_H264:
1384         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode =
1385             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1386         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData =
1387             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1388         break;
1389     case AV_CODEC_ID_HEVC:
1390         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode =
1391             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1392         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData =
1393             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1394         break;
1395     }
1396 }
1397
1398 static inline int nvenc_enqueue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t pts)
1399 {
1400     return av_fifo_generic_write(f, &pts, sizeof(pts), NULL);
1401 }
1402
1403 static inline int nvenc_dequeue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t *pts)
1404 {
1405     return av_fifo_generic_read(f, pts, sizeof(*pts), NULL);
1406 }
1407
1408 static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
1409                                NV_ENC_LOCK_BITSTREAM *params,
1410                                AVPacket *pkt)
1411 {
1412     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1413
1414     pkt->pts      = params->outputTimeStamp;
1415     pkt->duration = params->outputDuration;
1416
1417     /* generate the first dts by linearly extrapolating the
1418      * first two pts values to the past */
1419     if (avctx->max_b_frames > 0 && !ctx->first_packet_output &&
1420         ctx->initial_pts[1] != AV_NOPTS_VALUE) {
1421         int64_t ts0 = ctx->initial_pts[0], ts1 = ctx->initial_pts[1];
1422         int64_t delta;
1423
1424         if ((ts0 < 0 && ts1 > INT64_MAX + ts0) ||
1425             (ts0 > 0 && ts1 < INT64_MIN + ts0))
1426             return AVERROR(ERANGE);
1427         delta = ts1 - ts0;
1428
1429         if ((delta < 0 && ts0 > INT64_MAX + delta) ||
1430             (delta > 0 && ts0 < INT64_MIN + delta))
1431             return AVERROR(ERANGE);
1432         pkt->dts = ts0 - delta;
1433
1434         ctx->first_packet_output = 1;
1435         return 0;
1436     }
1437     return nvenc_dequeue_timestamp(ctx->timestamps, &pkt->dts);
1438 }
1439
1440 static int nvenc_get_output(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt)
1441 {
1442     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1443     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1444     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM params    = { 0 };
1445     NVENCFrame *frame;
1446     int ret;
1447
1448     ret = av_fifo_generic_read(ctx->ready, &frame, sizeof(frame), NULL);
1449     if (ret)
1450         return ret;
1451
1452     params.version         = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1453     params.outputBitstream = frame->out;
1454
1455     ret = nv->nvEncLockBitstream(ctx->nvenc_ctx, &params);
1456     if (ret < 0)
1457         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the bitstream");
1458
1459     ret = ff_alloc_packet(pkt, params.bitstreamSizeInBytes);
1460     if (ret < 0)
1461         return ret;
1462
1463     memcpy(pkt->data, params.bitstreamBufferPtr, pkt->size);
1464
1465     ret = nv->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvenc_ctx, frame->out);
1466     if (ret < 0)
1467         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the bitstream");
1468
1469     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1470         nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, frame->in_map.mappedResource);
1471         av_frame_unref(frame->in_ref);
1472         ctx->registered_frames[frame->reg_idx].mapped = 0;
1473
1474         frame->in = NULL;
1475     }
1476
1477     frame->locked = 0;
1478
1479     ret = nvenc_set_timestamp(avctx, &params, pkt);
1480     if (ret < 0)
1481         return ret;
1482
1483     switch (params.pictureType) {
1484     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1485         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1486 #if FF_API_CODED_FRAME
1487 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1488     case NV_ENC_PIC_TYPE_INTRA_REFRESH:
1489     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1490         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1491         break;
1492     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1493         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1494         break;
1495     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1496         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1497         break;
1498     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1499         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1500         break;
1501 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1502 #endif
1503     }
1504
1505     return 0;
1506 }
1507
1508 static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
1509 {
1510     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1511     int nb_ready, nb_pending;
1512
1513     /* when B-frames are enabled, we wait for two initial timestamps to
1514      * calculate the first dts */
1515     if (!flush && avctx->max_b_frames > 0 &&
1516         (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE || ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE))
1517         return 0;
1518
1519     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->ready)   / sizeof(NVENCFrame*);
1520     nb_pending = av_fifo_size(ctx->pending) / sizeof(NVENCFrame*);
1521     if (flush)
1522         return nb_ready > 0;
1523     return (nb_ready > 0) && (nb_ready + nb_pending >= ctx->async_depth);
1524 }
1525
1526 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1527                           const AVFrame *frame, int *got_packet)
1528 {
1529     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1530     NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
1531     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1532     NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { 0 };
1533     NVENCFrame         *nvenc_frame = NULL;
1534     CUcontext dummy;
1535     int enc_ret, ret;
1536
1537     params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1538
1539     if (frame) {
1540         nvenc_frame = get_free_frame(ctx);
1541         if (!nvenc_frame) {
1542             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No free surfaces\n");
1543             return AVERROR_BUG;
1544         }
1545
1546         ret = nvenc_upload_frame(avctx, frame, nvenc_frame);
1547         if (ret < 0)
1548             return ret;
1549
1550         params.inputBuffer     = nvenc_frame->in;
1551         params.bufferFmt       = nvenc_frame->format;
1552         params.inputWidth      = frame->width;
1553         params.inputHeight     = frame->height;
1554         params.outputBitstream = nvenc_frame->out;
1555         params.inputTimeStamp  = frame->pts;
1556
1557         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1558             if (frame->top_field_first)
1559                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1560             else
1561                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1562         } else {
1563             params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1564         }
1565
1566         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &params);
1567
1568         ret = nvenc_enqueue_timestamp(ctx->timestamps, frame->pts);
1569         if (ret < 0)
1570             return ret;
1571
1572         if (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE)
1573             ctx->initial_pts[0] = frame->pts;
1574         else if (ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE)
1575             ctx->initial_pts[1] = frame->pts;
1576     } else {
1577         params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1578     }
1579
1580     nvel->cu_ctx_push_current(ctx->cu_context);
1581     enc_ret = nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1582     nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
1583
1584     if (enc_ret != NV_ENC_SUCCESS &&
1585         enc_ret != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1586         return nvenc_print_error(avctx, enc_ret, "Error encoding the frame");
1587
1588     if (nvenc_frame) {
1589         ret = av_fifo_generic_write(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1590         if (ret < 0)
1591             return ret;
1592     }
1593
1594     /* all the pending buffers are now ready for output */
1595     if (enc_ret == NV_ENC_SUCCESS) {
1596         while (av_fifo_size(ctx->pending) > 0) {
1597             av_fifo_generic_read(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1598             av_fifo_generic_write(ctx->ready,  &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1599         }
1600     }
1601
1602     if (output_ready(avctx, !frame)) {
1603         ret = nvenc_get_output(avctx, pkt);
1604         if (ret < 0)
1605             return ret;
1606         *got_packet = 1;
1607     } else {
1608         *got_packet = 0;
1609     }
1610
1611     return 0;
1612 }