d74960563d5d52fc4d821037eb1c8241f28c4a5c
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
1 /*
2  * H.264 hardware encoding using nvidia nvenc
3  * Copyright (c) 2014 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "config.h"
23
24 #if defined(_WIN32)
25 #include <windows.h>
26 #else
27 #include <dlfcn.h>
28 #endif
29
30 #include "libavutil/imgutils.h"
31 #include "libavutil/avassert.h"
32 #include "libavutil/mem.h"
33 #include "libavutil/hwcontext.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "thread.h"
36
37 #include "nvenc.h"
38
39 #if CONFIG_CUDA
40 #include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
41 #endif
42
43 #if defined(_WIN32)
44 #define LOAD_FUNC(l, s) GetProcAddress(l, s)
45 #define DL_CLOSE_FUNC(l) FreeLibrary(l)
46 #else
47 #define LOAD_FUNC(l, s) dlsym(l, s)
48 #define DL_CLOSE_FUNC(l) dlclose(l)
49 #endif
50
51 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
52     AV_PIX_FMT_YUV420P,
53     AV_PIX_FMT_NV12,
54     AV_PIX_FMT_YUV444P,
55 #if CONFIG_CUDA
56     AV_PIX_FMT_CUDA,
57 #endif
58     AV_PIX_FMT_NONE
59 };
60
61 typedef struct NvencData
62 {
63     union {
64         int64_t timestamp;
65         NvencSurface *surface;
66     } u;
67 } NvencData;
68
69 static const struct {
70     NVENCSTATUS nverr;
71     int         averr;
72     const char *desc;
73 } nvenc_errors[] = {
74     { NV_ENC_SUCCESS,                      0,                "success"                  },
75     { NV_ENC_ERR_NO_ENCODE_DEVICE,         AVERROR(ENOENT),  "no encode device"         },
76     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_DEVICE,       AVERROR(ENOSYS),  "unsupported device"       },
77     { NV_ENC_ERR_INVALID_ENCODERDEVICE,    AVERROR(EINVAL),  "invalid encoder device"   },
78     { NV_ENC_ERR_INVALID_DEVICE,           AVERROR(EINVAL),  "invalid device"           },
79     { NV_ENC_ERR_DEVICE_NOT_EXIST,         AVERROR(EIO),     "device does not exist"    },
80     { NV_ENC_ERR_INVALID_PTR,              AVERROR(EFAULT),  "invalid ptr"              },
81     { NV_ENC_ERR_INVALID_EVENT,            AVERROR(EINVAL),  "invalid event"            },
82     { NV_ENC_ERR_INVALID_PARAM,            AVERROR(EINVAL),  "invalid param"            },
83     { NV_ENC_ERR_INVALID_CALL,             AVERROR(EINVAL),  "invalid call"             },
84     { NV_ENC_ERR_OUT_OF_MEMORY,            AVERROR(ENOMEM),  "out of memory"            },
85     { NV_ENC_ERR_ENCODER_NOT_INITIALIZED,  AVERROR(EINVAL),  "encoder not initialized"  },
86     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_PARAM,        AVERROR(ENOSYS),  "unsupported param"        },
87     { NV_ENC_ERR_LOCK_BUSY,                AVERROR(EAGAIN),  "lock busy"                },
88     { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR(ENOBUFS), "not enough buffer"        },
89     { NV_ENC_ERR_INVALID_VERSION,          AVERROR(EINVAL),  "invalid version"          },
90     { NV_ENC_ERR_MAP_FAILED,               AVERROR(EIO),     "map failed"               },
91     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR(EAGAIN),  "need more input"          },
92     { NV_ENC_ERR_ENCODER_BUSY,             AVERROR(EAGAIN),  "encoder busy"             },
93     { NV_ENC_ERR_EVENT_NOT_REGISTERD,      AVERROR(EBADF),   "event not registered"     },
94     { NV_ENC_ERR_GENERIC,                  AVERROR_UNKNOWN,  "generic error"            },
95     { NV_ENC_ERR_INCOMPATIBLE_CLIENT_KEY,  AVERROR(EINVAL),  "incompatible client key"  },
96     { NV_ENC_ERR_UNIMPLEMENTED,            AVERROR(ENOSYS),  "unimplemented"            },
97     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_REGISTER_FAILED, AVERROR(EIO),     "resource register failed" },
98     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_REGISTERED,  AVERROR(EBADF),   "resource not registered"  },
99     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_MAPPED,      AVERROR(EBADF),   "resource not mapped"      },
100 };
101
102 static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
103 {
104     int i;
105     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(nvenc_errors); i++) {
106         if (nvenc_errors[i].nverr == err) {
107             if (desc)
108                 *desc = nvenc_errors[i].desc;
109             return nvenc_errors[i].averr;
110         }
111     }
112     if (desc)
113         *desc = "unknown error";
114     return AVERROR_UNKNOWN;
115 }
116
117 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
118                                      const char *error_string)
119 {
120     const char *desc;
121     int ret;
122     ret = nvenc_map_error(err, &desc);
123     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s (%d)\n", error_string, desc, err);
124     return ret;
125 }
126
127 static void timestamp_queue_enqueue(AVFifoBuffer* queue, int64_t timestamp)
128 {
129     av_fifo_generic_write(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
130 }
131
132 static int64_t timestamp_queue_dequeue(AVFifoBuffer* queue)
133 {
134     int64_t timestamp = AV_NOPTS_VALUE;
135     if (av_fifo_size(queue) > 0)
136         av_fifo_generic_read(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
137
138     return timestamp;
139 }
140
141 #define CHECK_LOAD_FUNC(t, f, s) \
142 do { \
143     (f) = (t)LOAD_FUNC(dl_fn->cuda_lib, s); \
144     if (!(f)) { \
145         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading %s from CUDA library\n", s); \
146         goto error; \
147     } \
148 } while (0)
149
150 static av_cold int nvenc_dyload_cuda(AVCodecContext *avctx)
151 {
152     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
153     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
154
155 #if CONFIG_CUDA
156     dl_fn->cu_init                      = cuInit;
157     dl_fn->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
158     dl_fn->cu_device_get                = cuDeviceGet;
159     dl_fn->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
160     dl_fn->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
161     dl_fn->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
162     dl_fn->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
163     dl_fn->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
164
165     return 1;
166 #else
167     if (dl_fn->cuda_lib)
168         return 1;
169
170 #if defined(_WIN32)
171     dl_fn->cuda_lib = LoadLibrary(TEXT("nvcuda.dll"));
172 #else
173     dl_fn->cuda_lib = dlopen("libcuda.so", RTLD_LAZY);
174 #endif
175
176     if (!dl_fn->cuda_lib) {
177         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading CUDA library\n");
178         goto error;
179     }
180
181     CHECK_LOAD_FUNC(PCUINIT, dl_fn->cu_init, "cuInit");
182     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGETCOUNT, dl_fn->cu_device_get_count, "cuDeviceGetCount");
183     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGET, dl_fn->cu_device_get, "cuDeviceGet");
184     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGETNAME, dl_fn->cu_device_get_name, "cuDeviceGetName");
185     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICECOMPUTECAPABILITY, dl_fn->cu_device_compute_capability, "cuDeviceComputeCapability");
186     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXCREATE, dl_fn->cu_ctx_create, "cuCtxCreate_v2");
187     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXPOPCURRENT, dl_fn->cu_ctx_pop_current, "cuCtxPopCurrent_v2");
188     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXDESTROY, dl_fn->cu_ctx_destroy, "cuCtxDestroy_v2");
189
190     return 1;
191
192 error:
193
194     if (dl_fn->cuda_lib)
195         DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
196
197     dl_fn->cuda_lib = NULL;
198
199     return 0;
200 #endif
201 }
202
203 static av_cold int check_cuda_errors(AVCodecContext *avctx, CUresult err, const char *func)
204 {
205     if (err != CUDA_SUCCESS) {
206         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, ">> %s - failed with error code 0x%x\n", func, err);
207         return 0;
208     }
209     return 1;
210 }
211 #define check_cuda_errors(f) if (!check_cuda_errors(avctx, f, #f)) goto error
212
213 static av_cold int nvenc_check_cuda(AVCodecContext *avctx)
214 {
215     int device_count = 0;
216     CUdevice cu_device = 0;
217     char gpu_name[128];
218     int smminor = 0, smmajor = 0;
219     int i, smver, target_smver;
220
221     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
222     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
223
224     switch (avctx->codec->id) {
225     case AV_CODEC_ID_H264:
226         target_smver = ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P ? 0x52 : 0x30;
227         break;
228     case AV_CODEC_ID_H265:
229         target_smver = 0x52;
230         break;
231     default:
232         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Unknown codec name\n");
233         goto error;
234     }
235
236     if (ctx->preset >= PRESET_LOSSLESS_DEFAULT)
237         target_smver = 0x52;
238
239     if (!nvenc_dyload_cuda(avctx))
240         return 0;
241
242     if (dl_fn->nvenc_device_count > 0)
243         return 1;
244
245     check_cuda_errors(dl_fn->cu_init(0));
246
247     check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get_count(&device_count));
248
249     if (!device_count) {
250         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No CUDA capable devices found\n");
251         goto error;
252     }
253
254     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "%d CUDA capable devices found\n", device_count);
255
256     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
257
258     for (i = 0; i < device_count; ++i) {
259         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get(&cu_device, i));
260         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get_name(gpu_name, sizeof(gpu_name), cu_device));
261         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_compute_capability(&smmajor, &smminor, cu_device));
262
263         smver = (smmajor << 4) | smminor;
264
265         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "[ GPU #%d - < %s > has Compute SM %d.%d, NVENC %s ]\n", i, gpu_name, smmajor, smminor, (smver >= target_smver) ? "Available" : "Not Available");
266
267         if (smver >= target_smver)
268             dl_fn->nvenc_devices[dl_fn->nvenc_device_count++] = cu_device;
269     }
270
271     if (!dl_fn->nvenc_device_count) {
272         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No NVENC capable devices found\n");
273         goto error;
274     }
275
276     return 1;
277
278 error:
279
280     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
281
282     return 0;
283 }
284
285 static av_cold int nvenc_dyload_nvenc(AVCodecContext *avctx)
286 {
287     PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvEncodeAPICreateInstance = 0;
288     NVENCSTATUS nvstatus;
289
290     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
291     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
292
293     if (!nvenc_check_cuda(avctx))
294         return 0;
295
296     if (dl_fn->nvenc_lib)
297         return 1;
298
299 #if defined(_WIN32)
300     if (sizeof(void*) == 8) {
301         dl_fn->nvenc_lib = LoadLibrary(TEXT("nvEncodeAPI64.dll"));
302     } else {
303         dl_fn->nvenc_lib = LoadLibrary(TEXT("nvEncodeAPI.dll"));
304     }
305 #else
306     dl_fn->nvenc_lib = dlopen("libnvidia-encode.so.1", RTLD_LAZY);
307 #endif
308
309     if (!dl_fn->nvenc_lib) {
310         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading the nvenc library\n");
311         goto error;
312     }
313
314     nvEncodeAPICreateInstance = (PNVENCODEAPICREATEINSTANCE)LOAD_FUNC(dl_fn->nvenc_lib, "NvEncodeAPICreateInstance");
315
316     if (!nvEncodeAPICreateInstance) {
317         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed to load nvenc entrypoint\n");
318         goto error;
319     }
320
321     dl_fn->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
322
323     nvstatus = nvEncodeAPICreateInstance(&dl_fn->nvenc_funcs);
324
325     if (nvstatus != NV_ENC_SUCCESS) {
326         nvenc_print_error(avctx, nvstatus, "Failed to create nvenc instance");
327         goto error;
328     }
329
330     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc initialized successfully\n");
331
332     return 1;
333
334 error:
335     if (dl_fn->nvenc_lib)
336         DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
337
338     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
339
340     return 0;
341 }
342
343 static av_cold void nvenc_unload_nvenc(AVCodecContext *avctx)
344 {
345     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
346     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
347
348     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
349     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
350
351     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
352
353 #if !CONFIG_CUDA
354     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
355     dl_fn->cuda_lib = NULL;
356 #endif
357
358     dl_fn->cu_init = NULL;
359     dl_fn->cu_device_get_count = NULL;
360     dl_fn->cu_device_get = NULL;
361     dl_fn->cu_device_get_name = NULL;
362     dl_fn->cu_device_compute_capability = NULL;
363     dl_fn->cu_ctx_create = NULL;
364     dl_fn->cu_ctx_pop_current = NULL;
365     dl_fn->cu_ctx_destroy = NULL;
366
367     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
368 }
369
370 static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
371 {
372     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
373     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
374
375     CUresult cu_res;
376     CUcontext cu_context_curr;
377
378     switch (avctx->codec->id) {
379     case AV_CODEC_ID_H264:
380         ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
381         break;
382     case AV_CODEC_ID_HEVC:
383         ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
384         break;
385     default:
386         return AVERROR_BUG;
387     }
388
389     ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
390
391 #if CONFIG_CUDA
392     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
393         AVHWFramesContext *frames_ctx;
394         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
395
396         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
397             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
398             return AVERROR(EINVAL);
399         }
400
401         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
402         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
403         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
404         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
405         return 0;
406     }
407 #endif
408
409     if (ctx->gpu >= dl_fn->nvenc_device_count) {
410         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->gpu, dl_fn->nvenc_device_count);
411         return AVERROR(EINVAL);
412     }
413
414     ctx->cu_context = NULL;
415     cu_res = dl_fn->cu_ctx_create(&ctx->cu_context_internal, 4, dl_fn->nvenc_devices[ctx->gpu]); // CU_CTX_SCHED_BLOCKING_SYNC=4, avoid CPU spins
416
417     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
418         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed creating CUDA context for NVENC: 0x%x\n", (int)cu_res);
419         return AVERROR_EXTERNAL;
420     }
421
422     cu_res = dl_fn->cu_ctx_pop_current(&cu_context_curr);
423
424     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
425         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed popping CUDA context: 0x%x\n", (int)cu_res);
426         return AVERROR_EXTERNAL;
427     }
428
429     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
430
431     return 0;
432 }
433
434 static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
435 {
436     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
437     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
438     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
439
440     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS encode_session_params = { 0 };
441     NVENCSTATUS nv_status;
442
443     encode_session_params.version = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
444     encode_session_params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
445     encode_session_params.device = ctx->cu_context;
446     encode_session_params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
447
448     nv_status = p_nvenc->nvEncOpenEncodeSessionEx(&encode_session_params, &ctx->nvencoder);
449     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
450         ctx->nvencoder = NULL;
451         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "OpenEncodeSessionEx failed");
452     }
453
454     return 0;
455 }
456
457 typedef struct GUIDTuple {
458     const GUID guid;
459     int flags;
460 } GUIDTuple;
461
462 static void nvenc_map_preset(NvencContext *ctx)
463 {
464     GUIDTuple presets[] = {
465         { NV_ENC_PRESET_DEFAULT_GUID },
466         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_TWO_PASSES }, /* slow */
467         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* medium */
468         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* fast */
469         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID },
470         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID },
471         { NV_ENC_PRESET_BD_GUID },
472         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_DEFAULT_GUID, NVENC_LOWLATENCY },
473         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
474         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HP_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
475         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID,    NVENC_LOSSLESS },
476         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID,         NVENC_LOSSLESS },
477     };
478
479     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
480
481     ctx->init_encode_params.presetGUID = t->guid;
482     ctx->flags = t->flags;
483 }
484
485 static av_cold void set_constqp(AVCodecContext *avctx)
486 {
487     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
488
489     ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
490     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
491     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
492     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpIntra = avctx->global_quality;
493 }
494
495 static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
496 {
497     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
498
499     ctx->encode_config.rcParams.enableMinQP = 1;
500     ctx->encode_config.rcParams.enableMaxQP = 1;
501
502     ctx->encode_config.rcParams.minQP.qpInterB = avctx->qmin;
503     ctx->encode_config.rcParams.minQP.qpInterP = avctx->qmin;
504     ctx->encode_config.rcParams.minQP.qpIntra = avctx->qmin;
505
506     ctx->encode_config.rcParams.maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
507     ctx->encode_config.rcParams.maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
508     ctx->encode_config.rcParams.maxQP.qpIntra = avctx->qmax;
509 }
510
511 static av_cold void set_lossless(AVCodecContext *avctx)
512 {
513     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
514
515     ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
516     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterB = 0;
517     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterP = 0;
518     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpIntra = 0;
519 }
520
521 static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
522 {
523     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
524
525     int qp_inter_p;
526
527     if (avctx->bit_rate > 0) {
528         ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate = avctx->bit_rate;
529     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
530         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
531     }
532
533     if (avctx->rc_max_rate > 0)
534         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
535
536     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
537         set_lossless(avctx);
538
539         avctx->qmin = -1;
540         avctx->qmax = -1;
541     } else if (ctx->cbr) {
542         if (!ctx->twopass) {
543             ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR;
544         } else {
545             ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY;
546
547             if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264) {
548                 ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
549                 ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
550             }
551         }
552
553         if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264) {
554             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.outputBufferingPeriodSEI = 1;
555             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.outputPictureTimingSEI = 1;
556         } else if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H265) {
557             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.outputBufferingPeriodSEI = 1;
558             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.outputPictureTimingSEI = 1;
559         }
560     } else if (avctx->global_quality > 0) {
561         set_constqp(avctx);
562
563         avctx->qmin = -1;
564         avctx->qmax = -1;
565     } else {
566         if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
567             set_vbr(avctx);
568
569             qp_inter_p = (avctx->qmax + 3 * avctx->qmin) / 4; // biased towards Qmin
570
571             if (ctx->twopass) {
572                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
573                 if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264) {
574                     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
575                     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
576                 }
577             } else {
578                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP;
579             }
580         } else {
581             qp_inter_p = 26; // default to 26
582
583             if (ctx->twopass) {
584                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
585             } else {
586                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
587             }
588         }
589
590         ctx->encode_config.rcParams.enableInitialRCQP = 1;
591         ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
592
593         if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
594             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpIntra = av_clip(
595                 qp_inter_p * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
596             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpInterB = av_clip(
597                 qp_inter_p * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
598         } else {
599             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpIntra = qp_inter_p;
600             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpInterB = qp_inter_p;
601         }
602     }
603
604     if (avctx->rc_buffer_size > 0) {
605         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
606     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
607         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = 2 * ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
608     }
609 }
610
611 static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
612 {
613     NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
614     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
615     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
616     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
617
618     vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
619     vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
620     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
621     vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
622         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
623
624     vui->colourDescriptionPresentFlag =
625         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
626
627     vui->videoSignalTypePresentFlag =
628         (vui->colourDescriptionPresentFlag
629         || vui->videoFormat != 5
630         || vui->videoFullRangeFlag != 0);
631
632     h264->sliceMode = 3;
633     h264->sliceModeData = 1;
634
635     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
636     h264->repeatSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
637
638     h264->outputAUD = 1;
639
640     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
641         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
642     } else {
643         switch(ctx->profile) {
644         case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
645             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
646             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_BASELINE;
647             break;
648         case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
649             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
650             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_MAIN;
651             break;
652         case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
653             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
654             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH;
655             break;
656         case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444P:
657             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
658             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
659             break;
660         }
661     }
662
663     // force setting profile as high444p if input is AV_PIX_FMT_YUV444P
664     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
665         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
666         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
667     }
668
669     h264->chromaFormatIDC = avctx->profile == FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE ? 3 : 1;
670
671     h264->level = ctx->level;
672
673     return 0;
674 }
675
676 static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
677 {
678     NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
679     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
680     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
681     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
682
683     vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
684     vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
685     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
686     vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
687         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
688
689     vui->colourDescriptionPresentFlag =
690         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
691
692     vui->videoSignalTypePresentFlag =
693         (vui->colourDescriptionPresentFlag
694         || vui->videoFormat != 5
695         || vui->videoFullRangeFlag != 0);
696
697     hevc->sliceMode = 3;
698     hevc->sliceModeData = 1;
699
700     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
701     hevc->repeatSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
702
703     hevc->outputAUD = 1;
704
705     /* No other profile is supported in the current SDK version 5 */
706     cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
707     avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
708
709     hevc->level = ctx->level;
710
711     hevc->tier = ctx->tier;
712
713     return 0;
714 }
715
716 static av_cold int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
717 {
718     switch (avctx->codec->id) {
719     case AV_CODEC_ID_H264:
720         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
721     case AV_CODEC_ID_HEVC:
722         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
723     /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
724     }
725
726     return 0;
727 }
728
729 static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
730 {
731     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
732     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
733     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
734
735     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_config = { 0 };
736     NVENCSTATUS nv_status = NV_ENC_SUCCESS;
737     AVCPBProperties *cpb_props;
738     int num_mbs;
739     int res = 0;
740     int dw, dh;
741
742     ctx->last_dts = AV_NOPTS_VALUE;
743
744     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
745     ctx->init_encode_params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
746
747     ctx->init_encode_params.encodeHeight = avctx->height;
748     ctx->init_encode_params.encodeWidth = avctx->width;
749
750     ctx->init_encode_params.encodeConfig = &ctx->encode_config;
751
752     nvenc_map_preset(ctx);
753
754     if (ctx->flags & NVENC_ONE_PASS)
755         ctx->twopass = 0;
756     if (ctx->flags & NVENC_TWO_PASSES)
757         ctx->twopass = 1;
758
759     if (ctx->twopass < 0) {
760         ctx->twopass = (ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY) != 0;
761     }
762
763     preset_config.version = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
764     preset_config.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
765
766     nv_status = p_nvenc->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvencoder,
767                                                     ctx->init_encode_params.encodeGUID,
768                                                     ctx->init_encode_params.presetGUID,
769                                                     &preset_config);
770     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
771         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Cannot get the preset configuration");
772
773     memcpy(&ctx->encode_config, &preset_config.presetCfg, sizeof(ctx->encode_config));
774
775     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
776
777     if (avctx->sample_aspect_ratio.num && avctx->sample_aspect_ratio.den &&
778         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 || avctx->sample_aspect_ratio.num != 1)) {
779         av_reduce(&dw, &dh,
780                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
781                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
782                   1024 * 1024);
783         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
784         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
785     } else {
786         ctx->init_encode_params.darHeight = avctx->height;
787         ctx->init_encode_params.darWidth = avctx->width;
788     }
789
790     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
791     // playback at 704 pixel width.
792     if (avctx->width == 720 &&
793         (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
794         av_reduce(&dw, &dh,
795                   ctx->init_encode_params.darWidth * 44,
796                   ctx->init_encode_params.darHeight * 45,
797                   1024 * 1024);
798         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
799         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
800     }
801
802     ctx->init_encode_params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
803     ctx->init_encode_params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
804
805     num_mbs = ((avctx->width + 15) >> 4) * ((avctx->height + 15) >> 4);
806     ctx->max_surface_count = (num_mbs >= 8160) ? 32 : 48;
807
808     if (ctx->buffer_delay >= ctx->max_surface_count)
809         ctx->buffer_delay = ctx->max_surface_count - 1;
810
811     ctx->init_encode_params.enableEncodeAsync = 0;
812     ctx->init_encode_params.enablePTD = 1;
813
814     if (avctx->refs >= 0) {
815         /* 0 means "let the hardware decide" */
816         switch (avctx->codec->id) {
817         case AV_CODEC_ID_H264:
818             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.maxNumRefFrames = avctx->refs;
819             break;
820         case AV_CODEC_ID_H265:
821             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
822             break;
823         /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
824         }
825     }
826
827     if (avctx->gop_size > 0) {
828         if (avctx->max_b_frames >= 0) {
829             /* 0 is intra-only, 1 is I/P only, 2 is one B Frame, 3 two B frames, and so on. */
830             ctx->encode_config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
831         }
832
833         ctx->encode_config.gopLength = avctx->gop_size;
834         switch (avctx->codec->id) {
835         case AV_CODEC_ID_H264:
836             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.idrPeriod = avctx->gop_size;
837             break;
838         case AV_CODEC_ID_H265:
839             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.idrPeriod = avctx->gop_size;
840             break;
841         /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
842         }
843     } else if (avctx->gop_size == 0) {
844         ctx->encode_config.frameIntervalP = 0;
845         ctx->encode_config.gopLength = 1;
846         switch (avctx->codec->id) {
847         case AV_CODEC_ID_H264:
848             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.idrPeriod = 1;
849             break;
850         case AV_CODEC_ID_H265:
851             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.idrPeriod = 1;
852             break;
853         /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
854         }
855     }
856
857     /* when there're b frames, set dts offset */
858     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
859         ctx->last_dts = -2;
860
861     nvenc_setup_rate_control(avctx);
862
863     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
864         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
865     } else {
866         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
867     }
868
869     res = nvenc_setup_codec_config(avctx);
870     if (res)
871         return res;
872
873     nv_status = p_nvenc->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvencoder, &ctx->init_encode_params);
874     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
875         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "InitializeEncoder failed");
876     }
877
878     if (ctx->encode_config.frameIntervalP > 1)
879         avctx->has_b_frames = 2;
880
881     if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0)
882         avctx->bit_rate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
883
884     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
885     if (!cpb_props)
886         return AVERROR(ENOMEM);
887     cpb_props->max_bitrate = ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate;
888     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
889     cpb_props->buffer_size = ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize;
890
891     return 0;
892 }
893
894 static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
895 {
896     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
897     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
898     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
899
900     NVENCSTATUS nv_status;
901     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER allocOut = { 0 };
902     allocOut.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
903
904     switch (ctx->data_pix_fmt) {
905     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
906         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
907         break;
908
909     case AV_PIX_FMT_NV12:
910         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
911         break;
912
913     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
914         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
915         break;
916
917     default:
918         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
919         return AVERROR(EINVAL);
920     }
921
922     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
923         ctx->surfaces[idx].in_ref = av_frame_alloc();
924         if (!ctx->surfaces[idx].in_ref)
925             return AVERROR(ENOMEM);
926     } else {
927         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER allocSurf = { 0 };
928         allocSurf.version = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
929         allocSurf.width = (avctx->width + 31) & ~31;
930         allocSurf.height = (avctx->height + 31) & ~31;
931         allocSurf.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
932         allocSurf.bufferFmt = ctx->surfaces[idx].format;
933
934         nv_status = p_nvenc->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvencoder, &allocSurf);
935         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
936             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateInputBuffer failed");
937         }
938
939         ctx->surfaces[idx].input_surface = allocSurf.inputBuffer;
940         ctx->surfaces[idx].width = allocSurf.width;
941         ctx->surfaces[idx].height = allocSurf.height;
942     }
943
944     ctx->surfaces[idx].lockCount = 0;
945
946     /* 1MB is large enough to hold most output frames. NVENC increases this automaticaly if it's not enough. */
947     allocOut.size = 1024 * 1024;
948
949     allocOut.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
950
951     nv_status = p_nvenc->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, &allocOut);
952     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
953         int err = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateBitstreamBuffer failed");
954         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
955             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[idx].input_surface);
956         av_frame_free(&ctx->surfaces[idx].in_ref);
957         return err;
958     }
959
960     ctx->surfaces[idx].output_surface = allocOut.bitstreamBuffer;
961     ctx->surfaces[idx].size = allocOut.size;
962
963     return 0;
964 }
965
966 static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx, int* surfaceCount)
967 {
968     int res;
969     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
970
971     ctx->surfaces = av_malloc(ctx->max_surface_count * sizeof(*ctx->surfaces));
972
973     if (!ctx->surfaces) {
974         return AVERROR(ENOMEM);
975     }
976
977     ctx->timestamp_list = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(int64_t));
978     if (!ctx->timestamp_list)
979         return AVERROR(ENOMEM);
980     ctx->output_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(NvencSurface*));
981     if (!ctx->output_surface_queue)
982         return AVERROR(ENOMEM);
983     ctx->output_surface_ready_queue = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(NvencSurface*));
984     if (!ctx->output_surface_ready_queue)
985         return AVERROR(ENOMEM);
986
987     for (*surfaceCount = 0; *surfaceCount < ctx->max_surface_count; ++*surfaceCount) {
988         res = nvenc_alloc_surface(avctx, *surfaceCount);
989         if (res)
990             return res;
991     }
992
993     return 0;
994 }
995
996 static av_cold int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
997 {
998     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
999     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1000     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1001
1002     NVENCSTATUS nv_status;
1003     uint32_t outSize = 0;
1004     char tmpHeader[256];
1005     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1006     payload.version = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1007
1008     payload.spsppsBuffer = tmpHeader;
1009     payload.inBufferSize = sizeof(tmpHeader);
1010     payload.outSPSPPSPayloadSize = &outSize;
1011
1012     nv_status = p_nvenc->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvencoder, &payload);
1013     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1014         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "GetSequenceParams failed");
1015     }
1016
1017     avctx->extradata_size = outSize;
1018     avctx->extradata = av_mallocz(outSize + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1019
1020     if (!avctx->extradata) {
1021         return AVERROR(ENOMEM);
1022     }
1023
1024     memcpy(avctx->extradata, tmpHeader, outSize);
1025
1026     return 0;
1027 }
1028
1029 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1030 {
1031     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1032     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1033     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1034
1035     int res;
1036     int i;
1037     int surfaceCount = 0;
1038
1039     if (!nvenc_dyload_nvenc(avctx))
1040         return AVERROR_EXTERNAL;
1041
1042     res = nvenc_setup_device(avctx);
1043     if (res)
1044         goto error;
1045
1046     res = nvenc_open_session(avctx);
1047     if (res)
1048         goto error;
1049
1050     res = nvenc_setup_encoder(avctx);
1051     if (res)
1052         goto error;
1053
1054     res = nvenc_setup_surfaces(avctx, &surfaceCount);
1055     if (res)
1056         goto error;
1057
1058     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1059         res = nvenc_setup_extradata(avctx);
1060         if (res)
1061             goto error;
1062     }
1063
1064     return 0;
1065
1066 error:
1067     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1068     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1069     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1070
1071     for (i = 0; i < surfaceCount; ++i) {
1072         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1073             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1074         av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1075         p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1076     }
1077     av_freep(&ctx->surfaces);
1078
1079     if (ctx->nvencoder)
1080         p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1081     ctx->nvencoder = NULL;
1082
1083     if (ctx->cu_context_internal)
1084         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1085     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1086
1087     nvenc_unload_nvenc(avctx);
1088
1089     return res;
1090 }
1091
1092 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1093 {
1094     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1095     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1096     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1097     int i;
1098
1099     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1100     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1101     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1102
1103     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1104         for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1105             if (ctx->surfaces[i].input_surface) {
1106                  p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].in_map.mappedResource);
1107             }
1108         }
1109         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1110             if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1111                 p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
1112         }
1113         ctx->nb_registered_frames = 0;
1114     }
1115
1116     for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1117         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1118             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1119         av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1120         p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1121     }
1122     av_freep(&ctx->surfaces);
1123     ctx->max_surface_count = 0;
1124
1125     p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1126     ctx->nvencoder = NULL;
1127
1128     if (ctx->cu_context_internal)
1129         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1130     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1131
1132     nvenc_unload_nvenc(avctx);
1133
1134     return 0;
1135 }
1136
1137 static NvencSurface *get_free_frame(NvencContext *ctx)
1138 {
1139     int i;
1140
1141     for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1142         if (!ctx->surfaces[i].lockCount) {
1143             ctx->surfaces[i].lockCount = 1;
1144             return &ctx->surfaces[i];
1145         }
1146     }
1147
1148     return NULL;
1149 }
1150
1151 static int nvenc_copy_frame(AVCodecContext *avctx, NvencSurface *inSurf,
1152             NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lockBufferParams, const AVFrame *frame)
1153 {
1154     uint8_t *buf = lockBufferParams->bufferDataPtr;
1155     int off = inSurf->height * lockBufferParams->pitch;
1156
1157     if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P) {
1158         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1159             frame->data[0], frame->linesize[0],
1160             avctx->width, avctx->height);
1161
1162         buf += off;
1163
1164         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1165             frame->data[2], frame->linesize[2],
1166             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1167
1168         buf += off >> 2;
1169
1170         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1171             frame->data[1], frame->linesize[1],
1172             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1173     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_NV12) {
1174         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1175             frame->data[0], frame->linesize[0],
1176             avctx->width, avctx->height);
1177
1178         buf += off;
1179
1180         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1181             frame->data[1], frame->linesize[1],
1182             avctx->width, avctx->height >> 1);
1183     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
1184         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1185             frame->data[0], frame->linesize[0],
1186             avctx->width, avctx->height);
1187
1188         buf += off;
1189
1190         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1191             frame->data[1], frame->linesize[1],
1192             avctx->width, avctx->height);
1193
1194         buf += off;
1195
1196         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1197             frame->data[2], frame->linesize[2],
1198             avctx->width, avctx->height);
1199     } else {
1200         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid pixel format!\n");
1201         return AVERROR(EINVAL);
1202     }
1203
1204     return 0;
1205 }
1206
1207 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1208 {
1209     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1210     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1211     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1212
1213     int i;
1214
1215     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1216         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1217             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1218                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1219                     p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder,
1220                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1221                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1222                 }
1223                 return i;
1224             }
1225         }
1226     } else {
1227         return ctx->nb_registered_frames++;
1228     }
1229
1230     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1231     return AVERROR(ENOMEM);
1232 }
1233
1234 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1235 {
1236     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1237     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1238     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1239
1240     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1241     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1242     int i, idx, ret;
1243
1244     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1245         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1246             return i;
1247     }
1248
1249     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1250     if (idx < 0)
1251         return idx;
1252
1253     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1254     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1255     reg.width              = frames_ctx->width;
1256     reg.height             = frames_ctx->height;
1257     reg.bufferFormat       = ctx->surfaces[0].format;
1258     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1259     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1260
1261     ret = p_nvenc->nvEncRegisterResource(ctx->nvencoder, &reg);
1262     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1263         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1264         return AVERROR_UNKNOWN;
1265     }
1266
1267     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1268     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1269     return idx;
1270 }
1271
1272 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1273                                       NvencSurface *nvenc_frame)
1274 {
1275     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1276     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1277     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1278
1279     int res;
1280     NVENCSTATUS nv_status;
1281
1282     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1283         int reg_idx = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1284         if (reg_idx < 0) {
1285             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1286             return reg_idx;
1287         }
1288
1289         res = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1290         if (res < 0)
1291             return res;
1292
1293         nvenc_frame->in_map.version = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1294         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1295         nv_status = p_nvenc->nvEncMapInputResource(ctx->nvencoder, &nvenc_frame->in_map);
1296         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1297             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1298             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Error mapping an input resource");
1299         }
1300
1301         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1302         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1303         nvenc_frame->input_surface             = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1304         return 0;
1305     } else {
1306         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER lockBufferParams = { 0 };
1307
1308         lockBufferParams.version = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1309         lockBufferParams.inputBuffer = nvenc_frame->input_surface;
1310
1311         nv_status = p_nvenc->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvencoder, &lockBufferParams);
1312         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1313             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking nvenc input buffer");
1314         }
1315
1316         res = nvenc_copy_frame(avctx, nvenc_frame, &lockBufferParams, frame);
1317
1318         nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvencoder, nvenc_frame->input_surface);
1319         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1320             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking input buffer!");
1321         }
1322
1323         return res;
1324     }
1325 }
1326
1327 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1328                                                     NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1329 {
1330     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1331
1332     switch (avctx->codec->id) {
1333     case AV_CODEC_ID_H264:
1334       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1335       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1336       break;
1337     case AV_CODEC_ID_H265:
1338       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1339       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1340       break;
1341     }
1342 }
1343
1344 static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSurface *tmpoutsurf)
1345 {
1346     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1347     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1348     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1349
1350     uint32_t slice_mode_data;
1351     uint32_t *slice_offsets;
1352     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM lock_params = { 0 };
1353     NVENCSTATUS nv_status;
1354     int res = 0;
1355
1356     enum AVPictureType pict_type;
1357
1358     switch (avctx->codec->id) {
1359     case AV_CODEC_ID_H264:
1360       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1361       break;
1362     case AV_CODEC_ID_H265:
1363       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1364       break;
1365     default:
1366       av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown codec name\n");
1367       res = AVERROR(EINVAL);
1368       goto error;
1369     }
1370     slice_offsets = av_mallocz(slice_mode_data * sizeof(*slice_offsets));
1371
1372     if (!slice_offsets)
1373         return AVERROR(ENOMEM);
1374
1375     lock_params.version = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1376
1377     lock_params.doNotWait = 0;
1378     lock_params.outputBitstream = tmpoutsurf->output_surface;
1379     lock_params.sliceOffsets = slice_offsets;
1380
1381     nv_status = p_nvenc->nvEncLockBitstream(ctx->nvencoder, &lock_params);
1382     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1383         res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking bitstream buffer");
1384         goto error;
1385     }
1386
1387     if (res = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, lock_params.bitstreamSizeInBytes,0)) {
1388         p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1389         goto error;
1390     }
1391
1392     memcpy(pkt->data, lock_params.bitstreamBufferPtr, lock_params.bitstreamSizeInBytes);
1393
1394     nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1395     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
1396         nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking bitstream buffer, expect the gates of mordor to open");
1397
1398
1399     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1400         p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->in_map.mappedResource);
1401         av_frame_unref(tmpoutsurf->in_ref);
1402         ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped = 0;
1403
1404         tmpoutsurf->input_surface = NULL;
1405     }
1406
1407     switch (lock_params.pictureType) {
1408     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1409         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1410     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1411         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1412         break;
1413     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1414         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1415         break;
1416     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1417         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1418         break;
1419     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1420         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1421         break;
1422     default:
1423         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown picture type encountered, expect the output to be broken.\n");
1424         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Please report this error and include as much information on how to reproduce it as possible.\n");
1425         res = AVERROR_EXTERNAL;
1426         goto error;
1427     }
1428
1429 #if FF_API_CODED_FRAME
1430 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1431     avctx->coded_frame->pict_type = pict_type;
1432 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1433 #endif
1434
1435     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt,
1436         (lock_params.frameAvgQP - 1) * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, pict_type);
1437
1438     pkt->pts = lock_params.outputTimeStamp;
1439     pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1440
1441     /* when there're b frame(s), set dts offset */
1442     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
1443         pkt->dts -= 1;
1444
1445     if (pkt->dts > pkt->pts)
1446         pkt->dts = pkt->pts;
1447
1448     if (ctx->last_dts != AV_NOPTS_VALUE && pkt->dts <= ctx->last_dts)
1449         pkt->dts = ctx->last_dts + 1;
1450
1451     ctx->last_dts = pkt->dts;
1452
1453     av_free(slice_offsets);
1454
1455     return 0;
1456
1457 error:
1458
1459     av_free(slice_offsets);
1460     timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1461
1462     return res;
1463 }
1464
1465 static int output_ready(NvencContext *ctx, int flush)
1466 {
1467     int nb_ready, nb_pending;
1468
1469     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->output_surface_ready_queue)   / sizeof(NvencSurface*);
1470     nb_pending = av_fifo_size(ctx->output_surface_queue)         / sizeof(NvencSurface*);
1471     return nb_ready > 0 && (flush || nb_ready + nb_pending >= ctx->buffer_delay);
1472 }
1473
1474 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1475     const AVFrame *frame, int *got_packet)
1476 {
1477     NVENCSTATUS nv_status;
1478     NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
1479     int res;
1480
1481     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1482     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1483     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1484
1485     NV_ENC_PIC_PARAMS pic_params = { 0 };
1486     pic_params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1487
1488     if (frame) {
1489         inSurf = get_free_frame(ctx);
1490         av_assert0(inSurf);
1491
1492         res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, inSurf);
1493         if (res) {
1494             inSurf->lockCount = 0;
1495             return res;
1496         }
1497
1498         pic_params.inputBuffer = inSurf->input_surface;
1499         pic_params.bufferFmt = inSurf->format;
1500         pic_params.inputWidth = avctx->width;
1501         pic_params.inputHeight = avctx->height;
1502         pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
1503         pic_params.completionEvent = 0;
1504
1505         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1506             if (frame->top_field_first) {
1507                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1508             } else {
1509                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1510             }
1511         } else {
1512             pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1513         }
1514
1515         pic_params.encodePicFlags = 0;
1516         pic_params.inputTimeStamp = frame->pts;
1517         pic_params.inputDuration = 0;
1518
1519         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
1520
1521         timestamp_queue_enqueue(ctx->timestamp_list, frame->pts);
1522     } else {
1523         pic_params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1524     }
1525
1526     nv_status = p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &pic_params);
1527
1528     if (frame && nv_status == NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1529         av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1530
1531     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS && nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1532         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "EncodePicture failed!");
1533     }
1534
1535     if (nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1536         while (av_fifo_size(ctx->output_surface_queue) > 0) {
1537             av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1538             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1539         }
1540
1541         if (frame)
1542             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1543     }
1544
1545     if (output_ready(ctx, !frame)) {
1546         av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1547
1548         res = process_output_surface(avctx, pkt, tmpoutsurf);
1549
1550         if (res)
1551             return res;
1552
1553         av_assert0(tmpoutsurf->lockCount);
1554         tmpoutsurf->lockCount--;
1555
1556         *got_packet = 1;
1557     } else {
1558         *got_packet = 0;
1559     }
1560
1561     return 0;
1562 }