d5bfd74e30dd6738dc09408733518b673dcb3fcc
[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_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
182 #else
183     LOAD_LIBRARY(nvel->cuda, CUDA_LIBNAME);
184
185     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_init, nvel->cuda, "cuInit");
186     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_count, nvel->cuda, "cuDeviceGetCount");
187     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get, nvel->cuda, "cuDeviceGet");
188     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_name, nvel->cuda, "cuDeviceGetName");
189     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_compute_capability, nvel->cuda,
190                 "cuDeviceComputeCapability");
191     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_create, nvel->cuda, "cuCtxCreate_v2");
192     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_pop_current, nvel->cuda, "cuCtxPopCurrent_v2");
193     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_destroy, nvel->cuda, "cuCtxDestroy_v2");
194 #endif
195
196     LOAD_LIBRARY(nvel->nvenc, NVENC_LIBNAME);
197
198     LOAD_SYMBOL(nvenc_create_instance, nvel->nvenc,
199                 "NvEncodeAPICreateInstance");
200
201     nvel->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
202
203     err = nvenc_create_instance(&nvel->nvenc_funcs);
204     if (err != NV_ENC_SUCCESS)
205         return nvenc_print_error(avctx, err, "Cannot create the NVENC instance");
206
207     return 0;
208 }
209
210 static int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
211 {
212     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS params = { 0 };
213     NVENCContext *ctx                           = avctx->priv_data;
214     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv             = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
215     int ret;
216
217     params.version    = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
218     params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
219     params.device     = ctx->cu_context;
220     params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
221
222     ret = nv->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvenc_ctx);
223     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
224         ctx->nvenc_ctx = NULL;
225         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot open the NVENC Session");
226     }
227
228     return 0;
229 }
230
231 static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
232 {
233     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
234     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
235     int i, ret, count = 0;
236     GUID *guids = NULL;
237
238     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDCount(ctx->nvenc_ctx, &count);
239
240     if (ret != NV_ENC_SUCCESS || !count)
241         return AVERROR(ENOSYS);
242
243     guids = av_malloc(count * sizeof(GUID));
244     if (!guids)
245         return AVERROR(ENOMEM);
246
247     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDs(ctx->nvenc_ctx, guids, count, &count);
248     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
249         ret = AVERROR(ENOSYS);
250         goto fail;
251     }
252
253     ret = AVERROR(ENOSYS);
254     for (i = 0; i < count; i++) {
255         if (!memcmp(&guids[i], &ctx->params.encodeGUID, sizeof(*guids))) {
256             ret = 0;
257             break;
258         }
259     }
260
261 fail:
262     av_free(guids);
263
264     return ret;
265 }
266
267 static int nvenc_check_cap(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_CAPS cap)
268 {
269     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
270     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
271     NV_ENC_CAPS_PARAM params        = { 0 };
272     int ret, val = 0;
273
274     params.version     = NV_ENC_CAPS_PARAM_VER;
275     params.capsToQuery = cap;
276
277     ret = nv->nvEncGetEncodeCaps(ctx->nvenc_ctx, ctx->params.encodeGUID, &params, &val);
278
279     if (ret == NV_ENC_SUCCESS)
280         return val;
281     return 0;
282 }
283
284 static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
285 {
286     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
287     int ret;
288
289     ret = nvenc_check_codec_support(avctx);
290     if (ret < 0) {
291         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Codec not supported\n");
292         return ret;
293     }
294
295     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_YUV444_ENCODE);
296     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P && ret <= 0) {
297         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "YUV444P not supported\n");
298         return AVERROR(ENOSYS);
299     }
300
301     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_WIDTH_MAX);
302     if (ret < avctx->width) {
303         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Width %d exceeds %d\n",
304                avctx->width, ret);
305         return AVERROR(ENOSYS);
306     }
307
308     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_HEIGHT_MAX);
309     if (ret < avctx->height) {
310         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Height %d exceeds %d\n",
311                avctx->height, ret);
312         return AVERROR(ENOSYS);
313     }
314
315     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_NUM_MAX_BFRAMES);
316     if (ret < avctx->max_b_frames) {
317         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Max B-frames %d exceed %d\n",
318                avctx->max_b_frames, ret);
319
320         return AVERROR(ENOSYS);
321     }
322
323     return 0;
324 }
325
326 static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
327 {
328     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
329     NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
330     char name[128]                  = { 0 };
331     int major, minor, ret;
332     CUdevice cu_device;
333     CUcontext dummy;
334     int loglevel = AV_LOG_VERBOSE;
335
336     if (ctx->device == LIST_DEVICES)
337         loglevel = AV_LOG_INFO;
338
339     ret = nvel->cu_device_get(&cu_device, idx);
340     if (ret != CUDA_SUCCESS) {
341         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
342                "Cannot access the CUDA device %d\n",
343                idx);
344         return -1;
345     }
346
347     ret = nvel->cu_device_get_name(name, sizeof(name), cu_device);
348     if (ret != CUDA_SUCCESS)
349         return -1;
350
351     ret = nvel->cu_device_compute_capability(&major, &minor, cu_device);
352     if (ret != CUDA_SUCCESS)
353         return -1;
354
355     av_log(avctx, loglevel, "Device %d [%s] ", cu_device, name);
356
357     if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP)
358         goto fail;
359
360     ret = nvel->cu_ctx_create(&ctx->cu_context_internal, 0, cu_device);
361     if (ret != CUDA_SUCCESS)
362         goto fail;
363
364     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
365
366     ret = nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
367     if (ret != CUDA_SUCCESS)
368         goto fail2;
369
370     if ((ret = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
371         goto fail2;
372
373     if ((ret = nvenc_check_capabilities(avctx)) < 0)
374         goto fail3;
375
376     av_log(avctx, loglevel, "supports NVENC\n");
377
378     if (ctx->device == cu_device || ctx->device == ANY_DEVICE)
379         return 0;
380
381 fail3:
382     nvel->nvenc_funcs.nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
383     ctx->nvenc_ctx = NULL;
384
385 fail2:
386     nvel->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
387     ctx->cu_context_internal = NULL;
388
389 fail:
390     if (ret != 0)
391         av_log(avctx, loglevel, "does not support NVENC (major %d minor %d)\n",
392                major, minor);
393
394     return AVERROR(ENOSYS);
395 }
396
397 static int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
398 {
399     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
400     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
401
402     switch (avctx->codec->id) {
403     case AV_CODEC_ID_H264:
404         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
405         break;
406     case AV_CODEC_ID_HEVC:
407         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
408         break;
409     default:
410         return AVERROR_BUG;
411     }
412
413     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
414 #if CONFIG_CUDA
415         AVHWFramesContext   *frames_ctx;
416         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
417         int ret;
418
419         if (!avctx->hw_frames_ctx)
420             return AVERROR(EINVAL);
421
422         frames_ctx   = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
423         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
424
425         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
426
427         ret = nvenc_open_session(avctx);
428         if (ret < 0)
429             return ret;
430
431         ret = nvenc_check_capabilities(avctx);
432         if (ret < 0)
433             return ret;
434 #else
435         return AVERROR_BUG;
436 #endif
437     } else {
438         int i, nb_devices = 0;
439
440         if ((nvel->cu_init(0)) != CUDA_SUCCESS) {
441             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
442                    "Cannot init CUDA\n");
443             return AVERROR_UNKNOWN;
444         }
445
446         if ((nvel->cu_device_get_count(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
447             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
448                    "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
449             return AVERROR_UNKNOWN;
450         }
451
452
453         for (i = 0; i < nb_devices; ++i) {
454             if ((nvenc_check_device(avctx, i)) >= 0 && ctx->device != LIST_DEVICES)
455                 return 0;
456         }
457
458         if (ctx->device == LIST_DEVICES)
459             return AVERROR_EXIT;
460
461         return AVERROR(ENOSYS);
462     }
463
464     return 0;
465 }
466
467 typedef struct GUIDTuple {
468     const GUID guid;
469     int flags;
470 } GUIDTuple;
471
472 #define PRESET_ALIAS(alias, name, ...) \
473     [PRESET_ ## alias] = { NV_ENC_PRESET_ ## name ## _GUID, __VA_ARGS__ }
474
475 #define PRESET(name, ...) PRESET_ALIAS(name, name, __VA_ARGS__)
476
477 static int nvec_map_preset(NVENCContext *ctx)
478 {
479     GUIDTuple presets[] = {
480         PRESET(DEFAULT),
481         PRESET(HP),
482         PRESET(HQ),
483         PRESET(BD),
484         PRESET(LOW_LATENCY_DEFAULT, NVENC_LOWLATENCY),
485         PRESET(LOW_LATENCY_HP,      NVENC_LOWLATENCY),
486         PRESET(LOW_LATENCY_HQ,      NVENC_LOWLATENCY),
487         PRESET(LOSSLESS_DEFAULT,    NVENC_LOSSLESS),
488         PRESET(LOSSLESS_HP,         NVENC_LOSSLESS),
489         PRESET_ALIAS(SLOW, HQ,      NVENC_TWO_PASSES),
490         PRESET_ALIAS(MEDIUM, HQ,    NVENC_ONE_PASS),
491         PRESET_ALIAS(FAST, HP,      NVENC_ONE_PASS),
492         { { 0 } }
493     };
494
495     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
496
497     ctx->params.presetGUID = t->guid;
498     ctx->flags             = t->flags;
499
500     return AVERROR(EINVAL);
501 }
502
503 #undef PRESET
504 #undef PRESET_ALIAS
505
506 static void set_constqp(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
507 {
508     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
509     rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
510     rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
511     rc->constQP.qpIntra  = avctx->global_quality;
512 }
513
514 static void set_vbr(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
515 {
516     if (avctx->qmin >= 0) {
517         rc->enableMinQP    = 1;
518         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
519         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
520         rc->minQP.qpIntra  = avctx->qmin;
521     }
522
523     if (avctx->qmax >= 0) {
524         rc->enableMaxQP = 1;
525         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
526         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
527         rc->maxQP.qpIntra  = avctx->qmax;
528     }
529 }
530
531 static void set_lossless(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
532 {
533     rc->rateControlMode  = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
534     rc->constQP.qpInterB = 0;
535     rc->constQP.qpInterP = 0;
536     rc->constQP.qpIntra  = 0;
537 }
538
539 static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx,
540                                         NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
541 {
542     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
543
544     switch (ctx->rc) {
545     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
546         if (avctx->global_quality < 0) {
547             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
548                    "The constant quality rate-control requires "
549                    "the 'global_quality' option set.\n");
550             return;
551         }
552         set_constqp(avctx, rc);
553         return;
554     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
555     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
556         if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
557             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
558                    "The variable bitrate rate-control requires "
559                    "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
560             return;
561         }
562     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
563         if (avctx->qmin < 0) {
564             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
565                    "The variable bitrate rate-control requires "
566                    "the 'qmin' option set.\n");
567             return;
568         }
569         set_vbr(avctx, rc);
570         break;
571     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
572         break;
573     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
574     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
575         if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
576             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
577                    "The multipass rate-control requires "
578                    "a low-latency preset.\n");
579             return;
580         }
581     }
582
583     rc->rateControlMode = ctx->rc;
584 }
585
586 static void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
587 {
588     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
589     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->config.rcParams;
590
591     if (avctx->bit_rate > 0)
592         rc->averageBitRate = avctx->bit_rate;
593
594     if (avctx->rc_max_rate > 0)
595         rc->maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
596
597     if (ctx->rc > 0) {
598         nvenc_override_rate_control(avctx, rc);
599     } else if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
600         set_lossless(avctx, rc);
601     } else if (avctx->global_quality > 0) {
602         set_constqp(avctx, rc);
603     } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
604         rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
605         set_vbr(avctx, rc);
606     }
607
608     if (avctx->rc_buffer_size > 0)
609         rc->vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
610
611     if (rc->averageBitRate > 0)
612         avctx->bit_rate = rc->averageBitRate;
613
614 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
615     if (ctx->aq) {
616         ctx->config.rcParams.enableAQ   = 1;
617         ctx->config.rcParams.aqStrength = ctx->aq_strength;
618         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "AQ enabled.\n");
619     }
620
621     if (ctx->temporal_aq) {
622         ctx->config.rcParams.enableTemporalAQ = 1;
623         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Temporal AQ enabled.\n");
624     }
625
626     if (ctx->rc_lookahead) {
627         int lkd_bound = FFMIN(ctx->nb_surfaces, ctx->async_depth) -
628                         ctx->config.frameIntervalP - 4;
629
630         if (lkd_bound < 0) {
631             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
632                    "Lookahead not enabled. Increase buffer delay (-delay).\n");
633         } else {
634             ctx->config.rcParams.enableLookahead = 1;
635             ctx->config.rcParams.lookaheadDepth  = av_clip(ctx->rc_lookahead, 0, lkd_bound);
636             ctx->config.rcParams.disableIadapt   = ctx->no_scenecut;
637             ctx->config.rcParams.disableBadapt   = !ctx->b_adapt;
638             av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
639                    "Lookahead enabled: depth %d, scenecut %s, B-adapt %s.\n",
640                    ctx->config.rcParams.lookaheadDepth,
641                    ctx->config.rcParams.disableIadapt ? "disabled" : "enabled",
642                    ctx->config.rcParams.disableBadapt ? "disabled" : "enabled");
643         }
644     }
645
646     if (ctx->strict_gop) {
647         ctx->config.rcParams.strictGOPTarget = 1;
648         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Strict GOP target enabled.\n");
649     }
650
651     if (ctx->nonref_p)
652         ctx->config.rcParams.enableNonRefP = 1;
653
654     if (ctx->zerolatency)
655         ctx->config.rcParams.zeroReorderDelay = 1;
656
657     if (ctx->quality)
658         ctx->config.rcParams.targetQuality = ctx->quality;
659 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
660 }
661
662 static int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
663 {
664     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
665     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
666     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
667     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
668
669     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
670                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
671                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
672
673     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
674     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
675     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
676
677     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
678
679     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
680                                       vui->videoFullRangeFlag;
681
682     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
683     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
684     h264->outputAUD     = 1;
685
686     h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
687     h264->idrPeriod       = cc->gopLength;
688
689     h264->sliceMode     = 3;
690     h264->sliceModeData = FFMAX(avctx->slices, 1);
691
692     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS)
693         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
694
695     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
696         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
697         h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
698     }
699
700     if (ctx->profile)
701         avctx->profile = ctx->profile;
702
703     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P)
704         h264->chromaFormatIDC = 3;
705     else
706         h264->chromaFormatIDC = 1;
707
708     switch (ctx->profile) {
709     case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
710         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
711         break;
712     case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
713         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
714         break;
715     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
716         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
717         break;
718     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444:
719         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
720         break;
721     case NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH:
722         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH_GUID;
723         break;
724     }
725
726     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
727         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
728         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
729     }
730
731     h264->level = ctx->level;
732
733     return 0;
734 }
735
736 static int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
737 {
738     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
739     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
740     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
741     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
742
743     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
744                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
745                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
746
747     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
748     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
749     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
750
751     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
752
753     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
754                                       vui->videoFullRangeFlag;
755
756     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
757     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
758     hevc->outputAUD     = 1;
759
760     hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
761     hevc->idrPeriod            = cc->gopLength;
762
763     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
764         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
765         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
766     }
767
768     switch (ctx->profile) {
769     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN:
770         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
771         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
772         break;
773 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
774     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_10:
775         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
776         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
777         break;
778     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_REXT:
779         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
780         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
781         break;
782 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
783     }
784
785     // force setting profile for various input formats
786     switch (ctx->data_pix_fmt) {
787     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
788     case AV_PIX_FMT_NV12:
789         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
790         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
791         break;
792 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
793     case AV_PIX_FMT_P010:
794         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
795         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
796         break;
797     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
798     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
799         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
800         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
801         break;
802 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
803     }
804
805 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
806     hevc->chromaFormatIDC     = IS_YUV444(ctx->data_pix_fmt) ? 3 : 1;
807     hevc->pixelBitDepthMinus8 = IS_10BIT(ctx->data_pix_fmt)  ? 2 : 0;
808 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
809
810     hevc->sliceMode     = 3;
811     hevc->sliceModeData = FFMAX(avctx->slices, 1);
812
813     if (ctx->level) {
814         hevc->level = ctx->level;
815     } else {
816         hevc->level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
817     }
818
819     if (ctx->tier) {
820         hevc->tier = ctx->tier;
821     }
822
823     return 0;
824 }
825 static int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
826 {
827     switch (avctx->codec->id) {
828     case AV_CODEC_ID_H264:
829         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
830     case AV_CODEC_ID_HEVC:
831         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
832     }
833     return 0;
834 }
835
836 static int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
837 {
838     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
839     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
840     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_cfg = { 0 };
841     AVCPBProperties *cpb_props;
842     int ret;
843
844     ctx->params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
845
846     ctx->params.encodeHeight = avctx->height;
847     ctx->params.encodeWidth  = avctx->width;
848
849     if (avctx->sample_aspect_ratio.num &&
850         avctx->sample_aspect_ratio.den &&
851         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 ||
852          avctx->sample_aspect_ratio.den != 1)) {
853         av_reduce(&ctx->params.darWidth,
854                   &ctx->params.darHeight,
855                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
856                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
857                   INT_MAX / 8);
858     } else {
859         ctx->params.darHeight = avctx->height;
860         ctx->params.darWidth  = avctx->width;
861     }
862
863     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
864     // playback at 704 pixel width.
865     if (avctx->width == 720 && (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
866         av_reduce(&ctx->params.darWidth, &ctx->params.darHeight,
867                   ctx->params.darWidth * 44,
868                   ctx->params.darHeight * 45,
869                   1024 * 1024);
870     }
871
872     ctx->params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
873     ctx->params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
874
875     ctx->params.enableEncodeAsync = 0;
876     ctx->params.enablePTD         = 1;
877
878     ctx->params.encodeConfig = &ctx->config;
879
880     nvec_map_preset(ctx);
881
882     preset_cfg.version           = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
883     preset_cfg.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
884
885     ret = nv->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvenc_ctx,
886                                          ctx->params.encodeGUID,
887                                          ctx->params.presetGUID,
888                                          &preset_cfg);
889     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
890         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the preset configuration");
891
892     memcpy(&ctx->config, &preset_cfg.presetCfg, sizeof(ctx->config));
893
894     ctx->config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
895
896     if (avctx->gop_size > 0) {
897         if (avctx->max_b_frames > 0) {
898             /* 0 is intra-only,
899              * 1 is I/P only,
900              * 2 is one B-Frame,
901              * 3 two B-frames, and so on. */
902             ctx->config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
903         } else if (avctx->max_b_frames == 0) {
904             ctx->config.frameIntervalP = 1;
905         }
906         ctx->config.gopLength = avctx->gop_size;
907     } else if (avctx->gop_size == 0) {
908         ctx->config.frameIntervalP = 0;
909         ctx->config.gopLength      = 1;
910     }
911
912     if (ctx->config.frameIntervalP > 1)
913         avctx->max_b_frames = ctx->config.frameIntervalP - 1;
914
915     ctx->initial_pts[0] = AV_NOPTS_VALUE;
916     ctx->initial_pts[1] = AV_NOPTS_VALUE;
917
918     nvenc_setup_rate_control(avctx);
919
920     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
921         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
922     } else {
923         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
924     }
925
926     if ((ret = nvenc_setup_codec_config(avctx)) < 0)
927         return ret;
928
929     ret = nv->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvenc_ctx, &ctx->params);
930     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
931         return nvenc_print_error(avctx, ret, "InitializeEncoder failed");
932
933     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
934     if (!cpb_props)
935         return AVERROR(ENOMEM);
936     cpb_props->max_bitrate = avctx->rc_max_rate;
937     cpb_props->min_bitrate = avctx->rc_min_rate;
938     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
939     cpb_props->buffer_size = avctx->rc_buffer_size;
940
941     return 0;
942 }
943
944 static int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
945 {
946     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
947     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
948     int ret;
949     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER out_buffer = { 0 };
950
951     switch (ctx->data_pix_fmt) {
952     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
953         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
954         break;
955     case AV_PIX_FMT_NV12:
956         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
957         break;
958     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
959         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
960         break;
961 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
962     case AV_PIX_FMT_P010:
963         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
964         break;
965     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
966         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
967         break;
968 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
969     default:
970         return AVERROR_BUG;
971     }
972
973     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
974         ctx->frames[idx].in_ref = av_frame_alloc();
975         if (!ctx->frames[idx].in_ref)
976             return AVERROR(ENOMEM);
977     } else {
978         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER in_buffer      = { 0 };
979
980         in_buffer.version  = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
981
982         in_buffer.width  = avctx->width;
983         in_buffer.height = avctx->height;
984
985         in_buffer.bufferFmt  = ctx->frames[idx].format;
986         in_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
987
988         ret = nv->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &in_buffer);
989         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
990             return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateInputBuffer failed");
991
992         ctx->frames[idx].in     = in_buffer.inputBuffer;
993     }
994
995     out_buffer.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
996     /* 1MB is large enough to hold most output frames.
997      * NVENC increases this automatically if it is not enough. */
998     out_buffer.size = BITSTREAM_BUFFER_SIZE;
999
1000     out_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
1001
1002     ret = nv->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, &out_buffer);
1003     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1004         return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateBitstreamBuffer failed");
1005
1006     ctx->frames[idx].out  = out_buffer.bitstreamBuffer;
1007
1008     return 0;
1009 }
1010
1011 static int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
1012 {
1013     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1014     int i, ret;
1015
1016     ctx->nb_surfaces = FFMAX(4 + avctx->max_b_frames,
1017                              ctx->nb_surfaces);
1018     ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
1019
1020
1021     ctx->frames = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->frames));
1022     if (!ctx->frames)
1023         return AVERROR(ENOMEM);
1024
1025     ctx->timestamps = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
1026     if (!ctx->timestamps)
1027         return AVERROR(ENOMEM);
1028     ctx->pending = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
1029     if (!ctx->pending)
1030         return AVERROR(ENOMEM);
1031     ctx->ready = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
1032     if (!ctx->ready)
1033         return AVERROR(ENOMEM);
1034
1035     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1036         if ((ret = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
1037             return ret;
1038     }
1039
1040     return 0;
1041 }
1042
1043 #define EXTRADATA_SIZE 512
1044
1045 static int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
1046 {
1047     NVENCContext *ctx                     = avctx->priv_data;
1048     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv       = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1049     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1050     int ret;
1051
1052     avctx->extradata = av_mallocz(EXTRADATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1053     if (!avctx->extradata)
1054         return AVERROR(ENOMEM);
1055
1056     payload.version              = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1057     payload.spsppsBuffer         = avctx->extradata;
1058     payload.inBufferSize         = EXTRADATA_SIZE;
1059     payload.outSPSPPSPayloadSize = &avctx->extradata_size;
1060
1061     ret = nv->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvenc_ctx, &payload);
1062     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1063         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the extradata");
1064
1065     return 0;
1066 }
1067
1068 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1069 {
1070     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1071     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1072     int i;
1073
1074     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
1075     if (ctx->nvenc_ctx) {
1076         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
1077                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
1078
1079         nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1080     }
1081
1082     av_fifo_free(ctx->timestamps);
1083     av_fifo_free(ctx->pending);
1084     av_fifo_free(ctx->ready);
1085
1086     if (ctx->frames) {
1087         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
1088             if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA) {
1089                 nv->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in);
1090             } else if (ctx->frames[i].in) {
1091                 nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in_map.mappedResource);
1092             }
1093
1094             av_frame_free(&ctx->frames[i].in_ref);
1095             nv->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].out);
1096         }
1097     }
1098     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1099         if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1100             nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->registered_frames[i].regptr);
1101     }
1102     ctx->nb_registered_frames = 0;
1103
1104     av_freep(&ctx->frames);
1105
1106     if (ctx->nvenc_ctx)
1107         nv->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
1108
1109     if (ctx->cu_context_internal)
1110         ctx->nvel.cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1111
1112     if (ctx->nvel.nvenc)
1113         dlclose(ctx->nvel.nvenc);
1114
1115 #if !CONFIG_CUDA
1116     if (ctx->nvel.cuda)
1117         dlclose(ctx->nvel.cuda);
1118 #endif
1119
1120     return 0;
1121 }
1122
1123 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1124 {
1125     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1126     int ret;
1127
1128     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1129         AVHWFramesContext *frames_ctx;
1130         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
1131             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1132                    "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
1133             return AVERROR(EINVAL);
1134         }
1135         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1136         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
1137     } else {
1138         ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
1139     }
1140
1141     if ((ret = nvenc_load_libraries(avctx)) < 0)
1142         return ret;
1143
1144     if ((ret = nvenc_setup_device(avctx)) < 0)
1145         return ret;
1146
1147     if ((ret = nvenc_setup_encoder(avctx)) < 0)
1148         return ret;
1149
1150     if ((ret = nvenc_setup_surfaces(avctx)) < 0)
1151         return ret;
1152
1153     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1154         if ((ret = nvenc_setup_extradata(avctx)) < 0)
1155             return ret;
1156     }
1157
1158     return 0;
1159 }
1160
1161 static NVENCFrame *get_free_frame(NVENCContext *ctx)
1162 {
1163     int i;
1164
1165     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1166         if (!ctx->frames[i].locked) {
1167             ctx->frames[i].locked = 1;
1168             return &ctx->frames[i];
1169         }
1170     }
1171
1172     return NULL;
1173 }
1174
1175 static int nvenc_copy_frame(NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *in, const AVFrame *frame)
1176 {
1177     uint8_t *buf = in->bufferDataPtr;
1178     int off      = frame->height * in->pitch;
1179
1180     switch (frame->format) {
1181     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
1182         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1183                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1184                             frame->width, frame->height);
1185         buf += off;
1186
1187         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1188                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1189                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1190
1191         buf += off >> 2;
1192
1193         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1194                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1195                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1196         break;
1197     case AV_PIX_FMT_NV12:
1198         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1199                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1200                             frame->width, frame->height);
1201         buf += off;
1202
1203         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1204                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1205                             frame->width, frame->height >> 1);
1206         break;
1207     case AV_PIX_FMT_P010:
1208         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1209                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1210                             frame->width << 1, frame->height);
1211         buf += off;
1212
1213         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1214                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1215                             frame->width << 1, frame->height >> 1);
1216         break;
1217     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
1218         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1219                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1220                             frame->width, frame->height);
1221         buf += off;
1222
1223         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1224                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1225                             frame->width, frame->height);
1226         buf += off;
1227
1228         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1229                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1230                             frame->width, frame->height);
1231         break;
1232     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
1233         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1234                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1235                             frame->width << 1, frame->height);
1236         buf += off;
1237
1238         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1239                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1240                             frame->width << 1, frame->height);
1241         buf += off;
1242
1243         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1244                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1245                             frame->width << 1, frame->height);
1246         break;
1247     default:
1248         return AVERROR_BUG;
1249     }
1250
1251     return 0;
1252 }
1253
1254 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1255 {
1256     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1257     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1258     int i;
1259
1260     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1261         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1262             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1263                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1264                     nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx,
1265                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1266                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1267                 }
1268                 return i;
1269             }
1270         }
1271     } else {
1272         return ctx->nb_registered_frames++;
1273     }
1274
1275     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1276     return AVERROR(ENOMEM);
1277 }
1278
1279 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1280 {
1281     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1282     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1283     AVHWFramesContext   *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1284     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1285     int i, idx, ret;
1286
1287     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1288         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1289             return i;
1290     }
1291
1292     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1293     if (idx < 0)
1294         return idx;
1295
1296     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1297     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1298     reg.width              = frames_ctx->width;
1299     reg.height             = frames_ctx->height;
1300     reg.bufferFormat       = ctx->frames[0].format;
1301     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1302     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1303
1304     ret = nv->nvEncRegisterResource(ctx->nvenc_ctx, &reg);
1305     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1306         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1307         return AVERROR_UNKNOWN;
1308     }
1309
1310     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1311     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1312     return idx;
1313 }
1314
1315 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1316                               NVENCFrame *nvenc_frame)
1317 {
1318     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1319     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1320     int ret;
1321
1322     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1323         int reg_idx;
1324
1325         ret = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1326         if (ret < 0) {
1327             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1328             return ret;
1329         }
1330         reg_idx = ret;
1331
1332         ret = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1333         if (ret < 0)
1334             return ret;
1335
1336         nvenc_frame->in_map.version            = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1337         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1338
1339         ret = nv->nvEncMapInputResource(ctx->nvenc_ctx, &nvenc_frame->in_map);
1340         if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1341             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1342             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Error mapping an input resource");
1343         }
1344
1345         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1346         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1347         nvenc_frame->in                        = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1348     } else {
1349         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER params = { 0 };
1350
1351         params.version     = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1352         params.inputBuffer = nvenc_frame->in;
1353
1354         ret = nv->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &params);
1355         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1356             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the buffer");
1357
1358         ret = nvenc_copy_frame(&params, frame);
1359         if (ret < 0) {
1360             nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1361             return ret;
1362         }
1363
1364         ret = nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1365         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1366             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the buffer");
1367     }
1368
1369     return 0;
1370 }
1371
1372 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1373                                             NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1374 {
1375     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1376
1377     switch (avctx->codec->id) {
1378     case AV_CODEC_ID_H264:
1379         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode =
1380             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1381         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData =
1382             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1383         break;
1384     case AV_CODEC_ID_HEVC:
1385         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode =
1386             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1387         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData =
1388             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1389         break;
1390     }
1391 }
1392
1393 static inline int nvenc_enqueue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t pts)
1394 {
1395     return av_fifo_generic_write(f, &pts, sizeof(pts), NULL);
1396 }
1397
1398 static inline int nvenc_dequeue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t *pts)
1399 {
1400     return av_fifo_generic_read(f, pts, sizeof(*pts), NULL);
1401 }
1402
1403 static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
1404                                NV_ENC_LOCK_BITSTREAM *params,
1405                                AVPacket *pkt)
1406 {
1407     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1408
1409     pkt->pts      = params->outputTimeStamp;
1410     pkt->duration = params->outputDuration;
1411
1412     /* generate the first dts by linearly extrapolating the
1413      * first two pts values to the past */
1414     if (avctx->max_b_frames > 0 && !ctx->first_packet_output &&
1415         ctx->initial_pts[1] != AV_NOPTS_VALUE) {
1416         int64_t ts0 = ctx->initial_pts[0], ts1 = ctx->initial_pts[1];
1417         int64_t delta;
1418
1419         if ((ts0 < 0 && ts1 > INT64_MAX + ts0) ||
1420             (ts0 > 0 && ts1 < INT64_MIN + ts0))
1421             return AVERROR(ERANGE);
1422         delta = ts1 - ts0;
1423
1424         if ((delta < 0 && ts0 > INT64_MAX + delta) ||
1425             (delta > 0 && ts0 < INT64_MIN + delta))
1426             return AVERROR(ERANGE);
1427         pkt->dts = ts0 - delta;
1428
1429         ctx->first_packet_output = 1;
1430         return 0;
1431     }
1432     return nvenc_dequeue_timestamp(ctx->timestamps, &pkt->dts);
1433 }
1434
1435 static int nvenc_get_output(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt)
1436 {
1437     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1438     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1439     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM params    = { 0 };
1440     NVENCFrame *frame;
1441     int ret;
1442
1443     ret = av_fifo_generic_read(ctx->ready, &frame, sizeof(frame), NULL);
1444     if (ret)
1445         return ret;
1446
1447     params.version         = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1448     params.outputBitstream = frame->out;
1449
1450     ret = nv->nvEncLockBitstream(ctx->nvenc_ctx, &params);
1451     if (ret < 0)
1452         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the bitstream");
1453
1454     ret = ff_alloc_packet(pkt, params.bitstreamSizeInBytes);
1455     if (ret < 0)
1456         return ret;
1457
1458     memcpy(pkt->data, params.bitstreamBufferPtr, pkt->size);
1459
1460     ret = nv->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvenc_ctx, frame->out);
1461     if (ret < 0)
1462         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the bitstream");
1463
1464     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1465         nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, frame->in_map.mappedResource);
1466         av_frame_unref(frame->in_ref);
1467         ctx->registered_frames[frame->reg_idx].mapped = 0;
1468
1469         frame->in = NULL;
1470     }
1471
1472     frame->locked = 0;
1473
1474     ret = nvenc_set_timestamp(avctx, &params, pkt);
1475     if (ret < 0)
1476         return ret;
1477
1478     switch (params.pictureType) {
1479     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1480         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1481 #if FF_API_CODED_FRAME
1482 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1483     case NV_ENC_PIC_TYPE_INTRA_REFRESH:
1484     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1485         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1486         break;
1487     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1488         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1489         break;
1490     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1491         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1492         break;
1493     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1494         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1495         break;
1496 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1497 #endif
1498     }
1499
1500     return 0;
1501 }
1502
1503 static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
1504 {
1505     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1506     int nb_ready, nb_pending;
1507
1508     /* when B-frames are enabled, we wait for two initial timestamps to
1509      * calculate the first dts */
1510     if (!flush && avctx->max_b_frames > 0 &&
1511         (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE || ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE))
1512         return 0;
1513
1514     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->ready)   / sizeof(NVENCFrame*);
1515     nb_pending = av_fifo_size(ctx->pending) / sizeof(NVENCFrame*);
1516     if (flush)
1517         return nb_ready > 0;
1518     return (nb_ready > 0) && (nb_ready + nb_pending >= ctx->async_depth);
1519 }
1520
1521 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1522                           const AVFrame *frame, int *got_packet)
1523 {
1524     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1525     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1526     NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { 0 };
1527     NVENCFrame         *nvenc_frame = NULL;
1528     int enc_ret, ret;
1529
1530     params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1531
1532     if (frame) {
1533         nvenc_frame = get_free_frame(ctx);
1534         if (!nvenc_frame) {
1535             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No free surfaces\n");
1536             return AVERROR_BUG;
1537         }
1538
1539         ret = nvenc_upload_frame(avctx, frame, nvenc_frame);
1540         if (ret < 0)
1541             return ret;
1542
1543         params.inputBuffer     = nvenc_frame->in;
1544         params.bufferFmt       = nvenc_frame->format;
1545         params.inputWidth      = frame->width;
1546         params.inputHeight     = frame->height;
1547         params.outputBitstream = nvenc_frame->out;
1548         params.inputTimeStamp  = frame->pts;
1549
1550         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1551             if (frame->top_field_first)
1552                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1553             else
1554                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1555         } else {
1556             params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1557         }
1558
1559         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &params);
1560
1561         ret = nvenc_enqueue_timestamp(ctx->timestamps, frame->pts);
1562         if (ret < 0)
1563             return ret;
1564
1565         if (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE)
1566             ctx->initial_pts[0] = frame->pts;
1567         else if (ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE)
1568             ctx->initial_pts[1] = frame->pts;
1569     } else {
1570         params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1571     }
1572
1573     enc_ret = nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1574     if (enc_ret != NV_ENC_SUCCESS &&
1575         enc_ret != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1576         return nvenc_print_error(avctx, enc_ret, "Error encoding the frame");
1577
1578     if (nvenc_frame) {
1579         ret = av_fifo_generic_write(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1580         if (ret < 0)
1581             return ret;
1582     }
1583
1584     /* all the pending buffers are now ready for output */
1585     if (enc_ret == NV_ENC_SUCCESS) {
1586         while (av_fifo_size(ctx->pending) > 0) {
1587             av_fifo_generic_read(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1588             av_fifo_generic_write(ctx->ready,  &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1589         }
1590     }
1591
1592     if (output_ready(avctx, !frame)) {
1593         ret = nvenc_get_output(avctx, pkt);
1594         if (ret < 0)
1595             return ret;
1596         *got_packet = 1;
1597     } else {
1598         *got_packet = 0;
1599     }
1600
1601     return 0;
1602 }