fcd496b93f1d5d71772490e1daf31628e4c53882
[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(EBUSY),   "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     /* this is error should always be treated specially, so this "mapping"
131      * is for completeness only */
132     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR_UNKNOWN,  "need more input"          },
133     { NV_ENC_ERR_ENCODER_BUSY,             AVERROR(EBUSY),   "encoder busy"             },
134     { NV_ENC_ERR_EVENT_NOT_REGISTERD,      AVERROR(EBADF),   "event not registered"     },
135     { NV_ENC_ERR_GENERIC,                  AVERROR_UNKNOWN,  "generic error"            },
136     { NV_ENC_ERR_INCOMPATIBLE_CLIENT_KEY,  AVERROR(EINVAL),  "incompatible client key"  },
137     { NV_ENC_ERR_UNIMPLEMENTED,            AVERROR(ENOSYS),  "unimplemented"            },
138     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_REGISTER_FAILED, AVERROR(EIO),     "resource register failed" },
139     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_REGISTERED,  AVERROR(EBADF),   "resource not registered"  },
140     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_MAPPED,      AVERROR(EBADF),   "resource not mapped"      },
141 };
142
143 static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
144 {
145     int i;
146     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(nvenc_errors); i++) {
147         if (nvenc_errors[i].nverr == err) {
148             if (desc)
149                 *desc = nvenc_errors[i].desc;
150             return nvenc_errors[i].averr;
151         }
152     }
153     if (desc)
154         *desc = "unknown error";
155     return AVERROR_UNKNOWN;
156 }
157
158 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
159                              const char *error_string)
160 {
161     const char *desc;
162     int ret;
163     ret = nvenc_map_error(err, &desc);
164     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s (%d)\n", error_string, desc, err);
165     return ret;
166 }
167
168 static av_cold int nvenc_load_libraries(AVCodecContext *avctx)
169 {
170     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
171     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
172     PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvenc_create_instance;
173     NVENCSTATUS err;
174
175 #if CONFIG_CUDA
176     nvel->cu_init                      = cuInit;
177     nvel->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
178     nvel->cu_device_get                = cuDeviceGet;
179     nvel->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
180     nvel->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
181     nvel->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
182     nvel->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
183     nvel->cu_ctx_push_current          = cuCtxPushCurrent_v2;
184     nvel->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
185 #else
186     LOAD_LIBRARY(nvel->cuda, CUDA_LIBNAME);
187
188     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_init, nvel->cuda, "cuInit");
189     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_count, nvel->cuda, "cuDeviceGetCount");
190     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get, nvel->cuda, "cuDeviceGet");
191     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_name, nvel->cuda, "cuDeviceGetName");
192     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_compute_capability, nvel->cuda,
193                 "cuDeviceComputeCapability");
194     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_create, nvel->cuda, "cuCtxCreate_v2");
195     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_pop_current, nvel->cuda, "cuCtxPopCurrent_v2");
196     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_push_current, nvel->cuda, "cuCtxPushCurrent_v2");
197     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_destroy, nvel->cuda, "cuCtxDestroy_v2");
198 #endif
199
200     LOAD_LIBRARY(nvel->nvenc, NVENC_LIBNAME);
201
202     LOAD_SYMBOL(nvenc_create_instance, nvel->nvenc,
203                 "NvEncodeAPICreateInstance");
204
205     nvel->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
206
207     err = nvenc_create_instance(&nvel->nvenc_funcs);
208     if (err != NV_ENC_SUCCESS)
209         return nvenc_print_error(avctx, err, "Cannot create the NVENC instance");
210
211     return 0;
212 }
213
214 static int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
215 {
216     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS params = { 0 };
217     NVENCContext *ctx                           = avctx->priv_data;
218     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv             = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
219     int ret;
220
221     params.version    = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
222     params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
223     params.device     = ctx->cu_context;
224     params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
225
226     ret = nv->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvenc_ctx);
227     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
228         ctx->nvenc_ctx = NULL;
229         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot open the NVENC Session");
230     }
231
232     return 0;
233 }
234
235 static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
236 {
237     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
238     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
239     int i, ret, count = 0;
240     GUID *guids = NULL;
241
242     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDCount(ctx->nvenc_ctx, &count);
243
244     if (ret != NV_ENC_SUCCESS || !count)
245         return AVERROR(ENOSYS);
246
247     guids = av_malloc(count * sizeof(GUID));
248     if (!guids)
249         return AVERROR(ENOMEM);
250
251     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDs(ctx->nvenc_ctx, guids, count, &count);
252     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
253         ret = AVERROR(ENOSYS);
254         goto fail;
255     }
256
257     ret = AVERROR(ENOSYS);
258     for (i = 0; i < count; i++) {
259         if (!memcmp(&guids[i], &ctx->params.encodeGUID, sizeof(*guids))) {
260             ret = 0;
261             break;
262         }
263     }
264
265 fail:
266     av_free(guids);
267
268     return ret;
269 }
270
271 static int nvenc_check_cap(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_CAPS cap)
272 {
273     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
274     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
275     NV_ENC_CAPS_PARAM params        = { 0 };
276     int ret, val = 0;
277
278     params.version     = NV_ENC_CAPS_PARAM_VER;
279     params.capsToQuery = cap;
280
281     ret = nv->nvEncGetEncodeCaps(ctx->nvenc_ctx, ctx->params.encodeGUID, &params, &val);
282
283     if (ret == NV_ENC_SUCCESS)
284         return val;
285     return 0;
286 }
287
288 static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
289 {
290     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
291     int ret;
292
293     ret = nvenc_check_codec_support(avctx);
294     if (ret < 0) {
295         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Codec not supported\n");
296         return ret;
297     }
298
299     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_YUV444_ENCODE);
300     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P && ret <= 0) {
301         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "YUV444P not supported\n");
302         return AVERROR(ENOSYS);
303     }
304
305     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_WIDTH_MAX);
306     if (ret < avctx->width) {
307         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Width %d exceeds %d\n",
308                avctx->width, ret);
309         return AVERROR(ENOSYS);
310     }
311
312     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_HEIGHT_MAX);
313     if (ret < avctx->height) {
314         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Height %d exceeds %d\n",
315                avctx->height, ret);
316         return AVERROR(ENOSYS);
317     }
318
319     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_NUM_MAX_BFRAMES);
320     if (ret < avctx->max_b_frames) {
321         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Max B-frames %d exceed %d\n",
322                avctx->max_b_frames, ret);
323
324         return AVERROR(ENOSYS);
325     }
326
327     return 0;
328 }
329
330 static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
331 {
332     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
333     NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
334     char name[128]                  = { 0 };
335     int major, minor, ret;
336     CUdevice cu_device;
337     CUcontext dummy;
338     int loglevel = AV_LOG_VERBOSE;
339
340     if (ctx->device == LIST_DEVICES)
341         loglevel = AV_LOG_INFO;
342
343     ret = nvel->cu_device_get(&cu_device, idx);
344     if (ret != CUDA_SUCCESS) {
345         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
346                "Cannot access the CUDA device %d\n",
347                idx);
348         return -1;
349     }
350
351     ret = nvel->cu_device_get_name(name, sizeof(name), cu_device);
352     if (ret != CUDA_SUCCESS)
353         return -1;
354
355     ret = nvel->cu_device_compute_capability(&major, &minor, cu_device);
356     if (ret != CUDA_SUCCESS)
357         return -1;
358
359     av_log(avctx, loglevel, "Device %d [%s] ", cu_device, name);
360
361     if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP)
362         goto fail;
363
364     if (ctx->device != idx && ctx->device != ANY_DEVICE)
365         return -1;
366
367     ret = nvel->cu_ctx_create(&ctx->cu_context_internal, 0, cu_device);
368     if (ret != CUDA_SUCCESS)
369         goto fail;
370
371     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
372
373     ret = nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
374     if (ret != CUDA_SUCCESS)
375         goto fail2;
376
377     if ((ret = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
378         goto fail2;
379
380     if ((ret = nvenc_check_capabilities(avctx)) < 0)
381         goto fail3;
382
383     av_log(avctx, loglevel, "supports NVENC\n");
384
385     if (ctx->device == idx || ctx->device == ANY_DEVICE)
386         return 0;
387
388 fail3:
389     nvel->nvenc_funcs.nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
390     ctx->nvenc_ctx = NULL;
391
392 fail2:
393     nvel->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
394     ctx->cu_context_internal = NULL;
395
396 fail:
397     if (ret != 0)
398         av_log(avctx, loglevel, "does not support NVENC (major %d minor %d)\n",
399                major, minor);
400
401     return AVERROR(ENOSYS);
402 }
403
404 static int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
405 {
406     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
407     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
408
409     switch (avctx->codec->id) {
410     case AV_CODEC_ID_H264:
411         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
412         break;
413     case AV_CODEC_ID_HEVC:
414         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
415         break;
416     default:
417         return AVERROR_BUG;
418     }
419
420     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
421 #if CONFIG_CUDA
422         AVHWFramesContext   *frames_ctx;
423         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
424         int ret;
425
426         if (!avctx->hw_frames_ctx)
427             return AVERROR(EINVAL);
428
429         frames_ctx   = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
430         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
431
432         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
433
434         ret = nvenc_open_session(avctx);
435         if (ret < 0)
436             return ret;
437
438         ret = nvenc_check_capabilities(avctx);
439         if (ret < 0)
440             return ret;
441 #else
442         return AVERROR_BUG;
443 #endif
444     } else {
445         int i, nb_devices = 0;
446
447         if ((nvel->cu_init(0)) != CUDA_SUCCESS) {
448             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
449                    "Cannot init CUDA\n");
450             return AVERROR_UNKNOWN;
451         }
452
453         if ((nvel->cu_device_get_count(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
454             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
455                    "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
456             return AVERROR_UNKNOWN;
457         }
458
459
460         for (i = 0; i < nb_devices; ++i) {
461             if ((nvenc_check_device(avctx, i)) >= 0 && ctx->device != LIST_DEVICES)
462                 return 0;
463         }
464
465         if (ctx->device == LIST_DEVICES)
466             return AVERROR_EXIT;
467
468         return AVERROR(ENOSYS);
469     }
470
471     return 0;
472 }
473
474 typedef struct GUIDTuple {
475     const GUID guid;
476     int flags;
477 } GUIDTuple;
478
479 #define PRESET_ALIAS(alias, name, ...) \
480     [PRESET_ ## alias] = { NV_ENC_PRESET_ ## name ## _GUID, __VA_ARGS__ }
481
482 #define PRESET(name, ...) PRESET_ALIAS(name, name, __VA_ARGS__)
483
484 static int nvenc_map_preset(NVENCContext *ctx)
485 {
486     GUIDTuple presets[] = {
487         PRESET(DEFAULT),
488         PRESET(HP),
489         PRESET(HQ),
490         PRESET(BD),
491         PRESET(LOW_LATENCY_DEFAULT, NVENC_LOWLATENCY),
492         PRESET(LOW_LATENCY_HP,      NVENC_LOWLATENCY),
493         PRESET(LOW_LATENCY_HQ,      NVENC_LOWLATENCY),
494         PRESET(LOSSLESS_DEFAULT,    NVENC_LOSSLESS),
495         PRESET(LOSSLESS_HP,         NVENC_LOSSLESS),
496         PRESET_ALIAS(SLOW, HQ,      NVENC_TWO_PASSES),
497         PRESET_ALIAS(MEDIUM, HQ,    NVENC_ONE_PASS),
498         PRESET_ALIAS(FAST, HP,      NVENC_ONE_PASS)
499     };
500
501     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
502
503     ctx->params.presetGUID = t->guid;
504     ctx->flags             = t->flags;
505
506     return AVERROR(EINVAL);
507 }
508
509 #undef PRESET
510 #undef PRESET_ALIAS
511
512 static void set_constqp(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
513 {
514     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
515     rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
516     rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
517     rc->constQP.qpIntra  = avctx->global_quality;
518 }
519
520 static void set_vbr(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
521 {
522     if (avctx->qmin >= 0) {
523         rc->enableMinQP    = 1;
524         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
525         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
526         rc->minQP.qpIntra  = avctx->qmin;
527     }
528
529     if (avctx->qmax >= 0) {
530         rc->enableMaxQP = 1;
531         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
532         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
533         rc->maxQP.qpIntra  = avctx->qmax;
534     }
535 }
536
537 static void set_lossless(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
538 {
539     rc->rateControlMode  = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
540     rc->constQP.qpInterB = 0;
541     rc->constQP.qpInterP = 0;
542     rc->constQP.qpIntra  = 0;
543 }
544
545 static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx,
546                                         NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
547 {
548     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
549
550     switch (ctx->rc) {
551     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
552         if (avctx->global_quality < 0) {
553             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
554                    "The constant quality rate-control requires "
555                    "the 'global_quality' option set.\n");
556             return;
557         }
558         set_constqp(avctx, rc);
559         return;
560     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
561     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
562         if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
563             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
564                    "The variable bitrate rate-control requires "
565                    "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
566             return;
567         }
568     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
569         if (avctx->qmin < 0) {
570             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
571                    "The variable bitrate rate-control requires "
572                    "the 'qmin' option set.\n");
573             return;
574         }
575         set_vbr(avctx, rc);
576         break;
577     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
578         break;
579     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
580     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
581         if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
582             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
583                    "The multipass rate-control requires "
584                    "a low-latency preset.\n");
585             return;
586         }
587     }
588
589     rc->rateControlMode = ctx->rc;
590 }
591
592 static void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
593 {
594     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
595     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->config.rcParams;
596
597     if (avctx->bit_rate > 0)
598         rc->averageBitRate = avctx->bit_rate;
599
600     if (avctx->rc_max_rate > 0)
601         rc->maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
602
603     if (ctx->rc > 0) {
604         nvenc_override_rate_control(avctx, rc);
605     } else if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
606         set_lossless(avctx, rc);
607     } else if (avctx->global_quality > 0) {
608         set_constqp(avctx, rc);
609     } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
610         rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
611         set_vbr(avctx, rc);
612     }
613
614     if (avctx->rc_buffer_size > 0)
615         rc->vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
616
617     if (rc->averageBitRate > 0)
618         avctx->bit_rate = rc->averageBitRate;
619
620 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
621     if (ctx->aq) {
622         ctx->config.rcParams.enableAQ   = 1;
623         ctx->config.rcParams.aqStrength = ctx->aq_strength;
624         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "AQ enabled.\n");
625     }
626
627     if (ctx->temporal_aq) {
628         ctx->config.rcParams.enableTemporalAQ = 1;
629         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Temporal AQ enabled.\n");
630     }
631
632     if (ctx->rc_lookahead > 0) {
633         int lkd_bound = FFMIN(ctx->nb_surfaces, ctx->async_depth) -
634                         ctx->config.frameIntervalP - 4;
635
636         if (lkd_bound < 0) {
637             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
638                    "Lookahead not enabled. Increase buffer delay (-delay).\n");
639         } else {
640             ctx->config.rcParams.enableLookahead = 1;
641             ctx->config.rcParams.lookaheadDepth  = av_clip(ctx->rc_lookahead, 0, lkd_bound);
642             ctx->config.rcParams.disableIadapt   = ctx->no_scenecut;
643             ctx->config.rcParams.disableBadapt   = !ctx->b_adapt;
644             av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
645                    "Lookahead enabled: depth %d, scenecut %s, B-adapt %s.\n",
646                    ctx->config.rcParams.lookaheadDepth,
647                    ctx->config.rcParams.disableIadapt ? "disabled" : "enabled",
648                    ctx->config.rcParams.disableBadapt ? "disabled" : "enabled");
649         }
650     }
651
652     if (ctx->strict_gop) {
653         ctx->config.rcParams.strictGOPTarget = 1;
654         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Strict GOP target enabled.\n");
655     }
656
657     if (ctx->nonref_p)
658         ctx->config.rcParams.enableNonRefP = 1;
659
660     if (ctx->zerolatency)
661         ctx->config.rcParams.zeroReorderDelay = 1;
662
663     if (ctx->quality)
664         ctx->config.rcParams.targetQuality = ctx->quality;
665 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
666 }
667
668 static int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
669 {
670     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
671     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
672     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
673     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
674
675     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
676                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
677                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
678
679     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
680     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
681     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
682
683     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
684
685     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
686                                       vui->videoFullRangeFlag;
687
688     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
689     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
690     h264->outputAUD     = 1;
691
692     h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
693     h264->idrPeriod       = cc->gopLength;
694
695     h264->sliceMode     = 3;
696     h264->sliceModeData = FFMAX(avctx->slices, 1);
697
698     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS)
699         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
700
701     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
702         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
703         h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
704     }
705
706     if (ctx->profile)
707         avctx->profile = ctx->profile;
708
709     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P)
710         h264->chromaFormatIDC = 3;
711     else
712         h264->chromaFormatIDC = 1;
713
714     switch (ctx->profile) {
715     case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
716         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
717         break;
718     case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
719         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
720         break;
721     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
722         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
723         break;
724     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444:
725         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
726         break;
727     case NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH:
728         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH_GUID;
729         break;
730     }
731
732     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
733         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
734         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
735     }
736
737     h264->level = ctx->level;
738
739     return 0;
740 }
741
742 static int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
743 {
744     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
745     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
746     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
747     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
748
749     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
750                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
751                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
752
753     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
754     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
755     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
756
757     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
758
759     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
760                                       vui->videoFullRangeFlag;
761
762     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
763     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
764     hevc->outputAUD     = 1;
765
766     hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
767     hevc->idrPeriod            = cc->gopLength;
768
769     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
770         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
771         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
772     }
773
774     switch (ctx->profile) {
775     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN:
776         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
777         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
778         break;
779 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
780     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_10:
781         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
782         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
783         break;
784     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_REXT:
785         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
786         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
787         break;
788 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
789     }
790
791     // force setting profile for various input formats
792     switch (ctx->data_pix_fmt) {
793     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
794     case AV_PIX_FMT_NV12:
795         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
796         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
797         break;
798 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
799     case AV_PIX_FMT_P010:
800         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
801         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
802         break;
803     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
804     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
805         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
806         avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
807         break;
808 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
809     }
810
811 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
812     hevc->chromaFormatIDC     = IS_YUV444(ctx->data_pix_fmt) ? 3 : 1;
813     hevc->pixelBitDepthMinus8 = IS_10BIT(ctx->data_pix_fmt)  ? 2 : 0;
814 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
815
816     hevc->sliceMode     = 3;
817     hevc->sliceModeData = FFMAX(avctx->slices, 1);
818
819     if (ctx->level) {
820         hevc->level = ctx->level;
821     } else {
822         hevc->level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
823     }
824
825     if (ctx->tier) {
826         hevc->tier = ctx->tier;
827     }
828
829     return 0;
830 }
831 static int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
832 {
833     switch (avctx->codec->id) {
834     case AV_CODEC_ID_H264:
835         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
836     case AV_CODEC_ID_HEVC:
837         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
838     }
839     return 0;
840 }
841
842 static int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
843 {
844     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
845     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
846     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_cfg = { 0 };
847     AVCPBProperties *cpb_props;
848     int ret;
849
850     ctx->params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
851
852     ctx->params.encodeHeight = avctx->height;
853     ctx->params.encodeWidth  = avctx->width;
854
855     if (avctx->sample_aspect_ratio.num &&
856         avctx->sample_aspect_ratio.den &&
857         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 ||
858          avctx->sample_aspect_ratio.den != 1)) {
859         av_reduce(&ctx->params.darWidth,
860                   &ctx->params.darHeight,
861                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
862                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
863                   INT_MAX / 8);
864     } else {
865         ctx->params.darHeight = avctx->height;
866         ctx->params.darWidth  = avctx->width;
867     }
868
869     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
870     // playback at 704 pixel width.
871     if (avctx->width == 720 && (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
872         av_reduce(&ctx->params.darWidth, &ctx->params.darHeight,
873                   ctx->params.darWidth * 44,
874                   ctx->params.darHeight * 45,
875                   1024 * 1024);
876     }
877
878     ctx->params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
879     ctx->params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
880
881     ctx->params.enableEncodeAsync = 0;
882     ctx->params.enablePTD         = 1;
883
884     ctx->params.encodeConfig = &ctx->config;
885
886     nvenc_map_preset(ctx);
887
888     preset_cfg.version           = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
889     preset_cfg.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
890
891     ret = nv->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvenc_ctx,
892                                          ctx->params.encodeGUID,
893                                          ctx->params.presetGUID,
894                                          &preset_cfg);
895     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
896         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the preset configuration");
897
898     memcpy(&ctx->config, &preset_cfg.presetCfg, sizeof(ctx->config));
899
900     ctx->config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
901
902     if (avctx->gop_size > 0) {
903         if (avctx->max_b_frames > 0) {
904             /* 0 is intra-only,
905              * 1 is I/P only,
906              * 2 is one B-Frame,
907              * 3 two B-frames, and so on. */
908             ctx->config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
909         } else if (avctx->max_b_frames == 0) {
910             ctx->config.frameIntervalP = 1;
911         }
912         ctx->config.gopLength = avctx->gop_size;
913     } else if (avctx->gop_size == 0) {
914         ctx->config.frameIntervalP = 0;
915         ctx->config.gopLength      = 1;
916     }
917
918     if (ctx->config.frameIntervalP > 1)
919         avctx->max_b_frames = ctx->config.frameIntervalP - 1;
920
921     ctx->initial_pts[0] = AV_NOPTS_VALUE;
922     ctx->initial_pts[1] = AV_NOPTS_VALUE;
923
924     nvenc_setup_rate_control(avctx);
925
926     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
927         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
928     } else {
929         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
930     }
931
932     if ((ret = nvenc_setup_codec_config(avctx)) < 0)
933         return ret;
934
935     ret = nv->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvenc_ctx, &ctx->params);
936     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
937         return nvenc_print_error(avctx, ret, "InitializeEncoder failed");
938
939     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
940     if (!cpb_props)
941         return AVERROR(ENOMEM);
942     cpb_props->max_bitrate = avctx->rc_max_rate;
943     cpb_props->min_bitrate = avctx->rc_min_rate;
944     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
945     cpb_props->buffer_size = avctx->rc_buffer_size;
946
947     return 0;
948 }
949
950 static int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
951 {
952     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
953     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
954     int ret;
955     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER out_buffer = { 0 };
956
957     switch (ctx->data_pix_fmt) {
958     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
959         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
960         break;
961     case AV_PIX_FMT_NV12:
962         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
963         break;
964     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
965         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
966         break;
967 #if NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7
968     case AV_PIX_FMT_P010:
969         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
970         break;
971     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
972         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
973         break;
974 #endif /* NVENCAPI_MAJOR_VERSION >= 7 */
975     default:
976         return AVERROR_BUG;
977     }
978
979     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
980         ctx->frames[idx].in_ref = av_frame_alloc();
981         if (!ctx->frames[idx].in_ref)
982             return AVERROR(ENOMEM);
983     } else {
984         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER in_buffer      = { 0 };
985
986         in_buffer.version  = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
987
988         in_buffer.width  = avctx->width;
989         in_buffer.height = avctx->height;
990
991         in_buffer.bufferFmt  = ctx->frames[idx].format;
992         in_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
993
994         ret = nv->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &in_buffer);
995         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
996             return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateInputBuffer failed");
997
998         ctx->frames[idx].in     = in_buffer.inputBuffer;
999     }
1000
1001     out_buffer.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
1002     /* 1MB is large enough to hold most output frames.
1003      * NVENC increases this automatically if it is not enough. */
1004     out_buffer.size = BITSTREAM_BUFFER_SIZE;
1005
1006     out_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
1007
1008     ret = nv->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, &out_buffer);
1009     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1010         return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateBitstreamBuffer failed");
1011
1012     ctx->frames[idx].out  = out_buffer.bitstreamBuffer;
1013
1014     return 0;
1015 }
1016
1017 static int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
1018 {
1019     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1020     int i, ret;
1021
1022     ctx->nb_surfaces = FFMAX(4 + avctx->max_b_frames,
1023                              ctx->nb_surfaces);
1024     ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
1025
1026
1027     ctx->frames = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->frames));
1028     if (!ctx->frames)
1029         return AVERROR(ENOMEM);
1030
1031     ctx->timestamps = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
1032     if (!ctx->timestamps)
1033         return AVERROR(ENOMEM);
1034     ctx->pending = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
1035     if (!ctx->pending)
1036         return AVERROR(ENOMEM);
1037     ctx->ready = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
1038     if (!ctx->ready)
1039         return AVERROR(ENOMEM);
1040
1041     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1042         if ((ret = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
1043             return ret;
1044     }
1045
1046     return 0;
1047 }
1048
1049 #define EXTRADATA_SIZE 512
1050
1051 static int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
1052 {
1053     NVENCContext *ctx                     = avctx->priv_data;
1054     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv       = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1055     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1056     int ret;
1057
1058     avctx->extradata = av_mallocz(EXTRADATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1059     if (!avctx->extradata)
1060         return AVERROR(ENOMEM);
1061
1062     payload.version              = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1063     payload.spsppsBuffer         = avctx->extradata;
1064     payload.inBufferSize         = EXTRADATA_SIZE;
1065     payload.outSPSPPSPayloadSize = &avctx->extradata_size;
1066
1067     ret = nv->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvenc_ctx, &payload);
1068     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1069         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the extradata");
1070
1071     return 0;
1072 }
1073
1074 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1075 {
1076     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1077     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1078     int i;
1079
1080     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
1081     if (ctx->nvenc_ctx) {
1082         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
1083                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
1084
1085         nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1086     }
1087
1088     av_fifo_free(ctx->timestamps);
1089     av_fifo_free(ctx->pending);
1090     av_fifo_free(ctx->ready);
1091
1092     if (ctx->frames) {
1093         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
1094             if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA) {
1095                 nv->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in);
1096             } else if (ctx->frames[i].in) {
1097                 nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in_map.mappedResource);
1098             }
1099
1100             av_frame_free(&ctx->frames[i].in_ref);
1101             nv->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].out);
1102         }
1103     }
1104     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1105         if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1106             nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->registered_frames[i].regptr);
1107     }
1108     ctx->nb_registered_frames = 0;
1109
1110     av_freep(&ctx->frames);
1111
1112     if (ctx->nvenc_ctx)
1113         nv->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
1114
1115     if (ctx->cu_context_internal)
1116         ctx->nvel.cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1117
1118     if (ctx->nvel.nvenc)
1119         dlclose(ctx->nvel.nvenc);
1120
1121 #if !CONFIG_CUDA
1122     if (ctx->nvel.cuda)
1123         dlclose(ctx->nvel.cuda);
1124 #endif
1125
1126     return 0;
1127 }
1128
1129 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1130 {
1131     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1132     int ret;
1133
1134     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1135         AVHWFramesContext *frames_ctx;
1136         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
1137             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1138                    "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
1139             return AVERROR(EINVAL);
1140         }
1141         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1142         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
1143     } else {
1144         ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
1145     }
1146
1147     if ((ret = nvenc_load_libraries(avctx)) < 0)
1148         return ret;
1149
1150     if ((ret = nvenc_setup_device(avctx)) < 0)
1151         return ret;
1152
1153     if ((ret = nvenc_setup_encoder(avctx)) < 0)
1154         return ret;
1155
1156     if ((ret = nvenc_setup_surfaces(avctx)) < 0)
1157         return ret;
1158
1159     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1160         if ((ret = nvenc_setup_extradata(avctx)) < 0)
1161             return ret;
1162     }
1163
1164     return 0;
1165 }
1166
1167 static NVENCFrame *get_free_frame(NVENCContext *ctx)
1168 {
1169     int i;
1170
1171     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1172         if (!ctx->frames[i].locked) {
1173             ctx->frames[i].locked = 1;
1174             return &ctx->frames[i];
1175         }
1176     }
1177
1178     return NULL;
1179 }
1180
1181 static int nvenc_copy_frame(NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *in, const AVFrame *frame)
1182 {
1183     uint8_t *buf = in->bufferDataPtr;
1184     int off      = frame->height * in->pitch;
1185
1186     switch (frame->format) {
1187     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
1188         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1189                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1190                             frame->width, frame->height);
1191         buf += off;
1192
1193         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1194                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1195                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1196
1197         buf += off >> 2;
1198
1199         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1200                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1201                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1202         break;
1203     case AV_PIX_FMT_NV12:
1204         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1205                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1206                             frame->width, frame->height);
1207         buf += off;
1208
1209         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1210                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1211                             frame->width, frame->height >> 1);
1212         break;
1213     case AV_PIX_FMT_P010:
1214         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1215                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1216                             frame->width << 1, frame->height);
1217         buf += off;
1218
1219         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1220                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1221                             frame->width << 1, frame->height >> 1);
1222         break;
1223     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
1224         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1225                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1226                             frame->width, frame->height);
1227         buf += off;
1228
1229         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1230                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1231                             frame->width, frame->height);
1232         buf += off;
1233
1234         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1235                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1236                             frame->width, frame->height);
1237         break;
1238     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
1239         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1240                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1241                             frame->width << 1, frame->height);
1242         buf += off;
1243
1244         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1245                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1246                             frame->width << 1, frame->height);
1247         buf += off;
1248
1249         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1250                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1251                             frame->width << 1, frame->height);
1252         break;
1253     default:
1254         return AVERROR_BUG;
1255     }
1256
1257     return 0;
1258 }
1259
1260 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1261 {
1262     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1263     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1264     int i;
1265
1266     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1267         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1268             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1269                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1270                     nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx,
1271                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1272                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1273                 }
1274                 return i;
1275             }
1276         }
1277     } else {
1278         return ctx->nb_registered_frames++;
1279     }
1280
1281     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1282     return AVERROR(ENOMEM);
1283 }
1284
1285 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1286 {
1287     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1288     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1289     AVHWFramesContext   *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1290     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1291     int i, idx, ret;
1292
1293     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1294         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1295             return i;
1296     }
1297
1298     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1299     if (idx < 0)
1300         return idx;
1301
1302     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1303     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1304     reg.width              = frames_ctx->width;
1305     reg.height             = frames_ctx->height;
1306     reg.bufferFormat       = ctx->frames[0].format;
1307     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1308     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1309
1310     ret = nv->nvEncRegisterResource(ctx->nvenc_ctx, &reg);
1311     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1312         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1313         return AVERROR_UNKNOWN;
1314     }
1315
1316     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1317     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1318     return idx;
1319 }
1320
1321 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1322                               NVENCFrame *nvenc_frame)
1323 {
1324     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1325     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1326     int ret;
1327
1328     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1329         int reg_idx;
1330
1331         ret = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1332         if (ret < 0) {
1333             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1334             return ret;
1335         }
1336         reg_idx = ret;
1337
1338         ret = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1339         if (ret < 0)
1340             return ret;
1341
1342         nvenc_frame->in_map.version            = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1343         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1344
1345         ret = nv->nvEncMapInputResource(ctx->nvenc_ctx, &nvenc_frame->in_map);
1346         if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1347             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1348             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Error mapping an input resource");
1349         }
1350
1351         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1352         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1353         nvenc_frame->in                        = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1354     } else {
1355         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER params = { 0 };
1356
1357         params.version     = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1358         params.inputBuffer = nvenc_frame->in;
1359
1360         ret = nv->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &params);
1361         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1362             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the buffer");
1363
1364         ret = nvenc_copy_frame(&params, frame);
1365         if (ret < 0) {
1366             nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1367             return ret;
1368         }
1369
1370         ret = nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1371         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1372             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the buffer");
1373     }
1374
1375     return 0;
1376 }
1377
1378 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1379                                             NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1380 {
1381     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1382
1383     switch (avctx->codec->id) {
1384     case AV_CODEC_ID_H264:
1385         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode =
1386             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1387         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData =
1388             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1389         break;
1390     case AV_CODEC_ID_HEVC:
1391         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode =
1392             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1393         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData =
1394             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1395         break;
1396     }
1397 }
1398
1399 static inline int nvenc_enqueue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t pts)
1400 {
1401     return av_fifo_generic_write(f, &pts, sizeof(pts), NULL);
1402 }
1403
1404 static inline int nvenc_dequeue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t *pts)
1405 {
1406     return av_fifo_generic_read(f, pts, sizeof(*pts), NULL);
1407 }
1408
1409 static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
1410                                NV_ENC_LOCK_BITSTREAM *params,
1411                                AVPacket *pkt)
1412 {
1413     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1414
1415     pkt->pts      = params->outputTimeStamp;
1416     pkt->duration = params->outputDuration;
1417
1418     /* generate the first dts by linearly extrapolating the
1419      * first two pts values to the past */
1420     if (avctx->max_b_frames > 0 && !ctx->first_packet_output &&
1421         ctx->initial_pts[1] != AV_NOPTS_VALUE) {
1422         int64_t ts0 = ctx->initial_pts[0], ts1 = ctx->initial_pts[1];
1423         int64_t delta;
1424
1425         if ((ts0 < 0 && ts1 > INT64_MAX + ts0) ||
1426             (ts0 > 0 && ts1 < INT64_MIN + ts0))
1427             return AVERROR(ERANGE);
1428         delta = ts1 - ts0;
1429
1430         if ((delta < 0 && ts0 > INT64_MAX + delta) ||
1431             (delta > 0 && ts0 < INT64_MIN + delta))
1432             return AVERROR(ERANGE);
1433         pkt->dts = ts0 - delta;
1434
1435         ctx->first_packet_output = 1;
1436         return 0;
1437     }
1438     return nvenc_dequeue_timestamp(ctx->timestamps, &pkt->dts);
1439 }
1440
1441 static int nvenc_get_output(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt)
1442 {
1443     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1444     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1445     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM params    = { 0 };
1446     NVENCFrame *frame;
1447     int ret;
1448
1449     ret = av_fifo_generic_read(ctx->ready, &frame, sizeof(frame), NULL);
1450     if (ret)
1451         return ret;
1452
1453     params.version         = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1454     params.outputBitstream = frame->out;
1455
1456     ret = nv->nvEncLockBitstream(ctx->nvenc_ctx, &params);
1457     if (ret < 0)
1458         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the bitstream");
1459
1460     ret = ff_alloc_packet(pkt, params.bitstreamSizeInBytes);
1461     if (ret < 0)
1462         return ret;
1463
1464     memcpy(pkt->data, params.bitstreamBufferPtr, pkt->size);
1465
1466     ret = nv->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvenc_ctx, frame->out);
1467     if (ret < 0)
1468         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the bitstream");
1469
1470     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1471         nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, frame->in_map.mappedResource);
1472         av_frame_unref(frame->in_ref);
1473         ctx->registered_frames[frame->reg_idx].mapped = 0;
1474
1475         frame->in = NULL;
1476     }
1477
1478     frame->locked = 0;
1479
1480     ret = nvenc_set_timestamp(avctx, &params, pkt);
1481     if (ret < 0)
1482         return ret;
1483
1484     switch (params.pictureType) {
1485     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1486         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1487 #if FF_API_CODED_FRAME
1488 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1489     case NV_ENC_PIC_TYPE_INTRA_REFRESH:
1490     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1491         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1492         break;
1493     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1494         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1495         break;
1496     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1497         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1498         break;
1499     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1500         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1501         break;
1502 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1503 #endif
1504     }
1505
1506     return 0;
1507 }
1508
1509 static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
1510 {
1511     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1512     int nb_ready, nb_pending;
1513
1514     /* when B-frames are enabled, we wait for two initial timestamps to
1515      * calculate the first dts */
1516     if (!flush && avctx->max_b_frames > 0 &&
1517         (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE || ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE))
1518         return 0;
1519
1520     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->ready)   / sizeof(NVENCFrame*);
1521     nb_pending = av_fifo_size(ctx->pending) / sizeof(NVENCFrame*);
1522     if (flush)
1523         return nb_ready > 0;
1524     return (nb_ready > 0) && (nb_ready + nb_pending >= ctx->async_depth);
1525 }
1526
1527 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1528                           const AVFrame *frame, int *got_packet)
1529 {
1530     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1531     NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
1532     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1533     NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { 0 };
1534     NVENCFrame         *nvenc_frame = NULL;
1535     CUcontext dummy;
1536     int enc_ret, ret;
1537
1538     params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1539
1540     if (frame) {
1541         nvenc_frame = get_free_frame(ctx);
1542         if (!nvenc_frame) {
1543             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No free surfaces\n");
1544             return AVERROR_BUG;
1545         }
1546
1547         ret = nvenc_upload_frame(avctx, frame, nvenc_frame);
1548         if (ret < 0)
1549             return ret;
1550
1551         params.inputBuffer     = nvenc_frame->in;
1552         params.bufferFmt       = nvenc_frame->format;
1553         params.inputWidth      = frame->width;
1554         params.inputHeight     = frame->height;
1555         params.outputBitstream = nvenc_frame->out;
1556         params.inputTimeStamp  = frame->pts;
1557
1558         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1559             if (frame->top_field_first)
1560                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1561             else
1562                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1563         } else {
1564             params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1565         }
1566
1567         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &params);
1568
1569         ret = nvenc_enqueue_timestamp(ctx->timestamps, frame->pts);
1570         if (ret < 0)
1571             return ret;
1572
1573         if (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE)
1574             ctx->initial_pts[0] = frame->pts;
1575         else if (ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE)
1576             ctx->initial_pts[1] = frame->pts;
1577     } else {
1578         params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1579     }
1580
1581     nvel->cu_ctx_push_current(ctx->cu_context);
1582     enc_ret = nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1583     nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
1584
1585     if (enc_ret != NV_ENC_SUCCESS &&
1586         enc_ret != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1587         return nvenc_print_error(avctx, enc_ret, "Error encoding the frame");
1588
1589     if (nvenc_frame) {
1590         ret = av_fifo_generic_write(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1591         if (ret < 0)
1592             return ret;
1593     }
1594
1595     /* all the pending buffers are now ready for output */
1596     if (enc_ret == NV_ENC_SUCCESS) {
1597         while (av_fifo_size(ctx->pending) > 0) {
1598             av_fifo_generic_read(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1599             av_fifo_generic_write(ctx->ready,  &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1600         }
1601     }
1602
1603     if (output_ready(avctx, !frame)) {
1604         ret = nvenc_get_output(avctx, pkt);
1605         if (ret < 0)
1606             return ret;
1607         *got_packet = 1;
1608     } else {
1609         *got_packet = 0;
1610     }
1611
1612     return 0;
1613 }