avcodec/nvenc: CUDA frames support
[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 #if defined(_WIN32)
23 #include <windows.h>
24 #else
25 #include <dlfcn.h>
26 #endif
27
28 #include <nvEncodeAPI.h>
29
30 #include "libavutil/fifo.h"
31 #include "libavutil/internal.h"
32 #include "libavutil/imgutils.h"
33 #include "libavutil/avassert.h"
34 #include "libavutil/opt.h"
35 #include "libavutil/mem.h"
36 #include "libavutil/hwcontext.h"
37 #include "avcodec.h"
38 #include "internal.h"
39 #include "thread.h"
40
41
42 #if CONFIG_CUDA
43 #include <cuda.h>
44 #include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
45 #else
46
47 #if defined(_WIN32)
48 #define CUDAAPI __stdcall
49 #else
50 #define CUDAAPI
51 #endif
52
53 typedef enum cudaError_enum {
54     CUDA_SUCCESS = 0
55 } CUresult;
56 typedef int CUdevice;
57 typedef void* CUcontext;
58 typedef void* CUdeviceptr;
59 #endif
60
61 #if defined(_WIN32)
62 #define LOAD_FUNC(l, s) GetProcAddress(l, s)
63 #define DL_CLOSE_FUNC(l) FreeLibrary(l)
64 #else
65 #define LOAD_FUNC(l, s) dlsym(l, s)
66 #define DL_CLOSE_FUNC(l) dlclose(l)
67 #endif
68
69 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUINIT)(unsigned int Flags);
70 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUDEVICEGETCOUNT)(int *count);
71 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUDEVICEGET)(CUdevice *device, int ordinal);
72 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUDEVICEGETNAME)(char *name, int len, CUdevice dev);
73 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUDEVICECOMPUTECAPABILITY)(int *major, int *minor, CUdevice dev);
74 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUCTXCREATE)(CUcontext *pctx, unsigned int flags, CUdevice dev);
75 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUCTXPOPCURRENT)(CUcontext *pctx);
76 typedef CUresult(CUDAAPI *PCUCTXDESTROY)(CUcontext ctx);
77
78 typedef NVENCSTATUS (NVENCAPI* PNVENCODEAPICREATEINSTANCE)(NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *functionList);
79
80 #define MAX_REGISTERED_FRAMES 64
81 typedef struct NvencSurface
82 {
83     NV_ENC_INPUT_PTR input_surface;
84     AVFrame *in_ref;
85     NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE in_map;
86     int reg_idx;
87     int width;
88     int height;
89
90     int lockCount;
91
92     NV_ENC_BUFFER_FORMAT format;
93
94     NV_ENC_OUTPUT_PTR output_surface;
95     int size;
96 } NvencSurface;
97
98 typedef struct NvencData
99 {
100     union {
101         int64_t timestamp;
102         NvencSurface *surface;
103     } u;
104 } NvencData;
105
106 typedef struct NvencDynLoadFunctions
107 {
108     PCUINIT cu_init;
109     PCUDEVICEGETCOUNT cu_device_get_count;
110     PCUDEVICEGET cu_device_get;
111     PCUDEVICEGETNAME cu_device_get_name;
112     PCUDEVICECOMPUTECAPABILITY cu_device_compute_capability;
113     PCUCTXCREATE cu_ctx_create;
114     PCUCTXPOPCURRENT cu_ctx_pop_current;
115     PCUCTXDESTROY cu_ctx_destroy;
116
117     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST nvenc_funcs;
118     int nvenc_device_count;
119     CUdevice nvenc_devices[16];
120
121 #if !CONFIG_CUDA
122 #if defined(_WIN32)
123     HMODULE cuda_lib;
124 #else
125     void* cuda_lib;
126 #endif
127 #endif
128 #if defined(_WIN32)
129     HMODULE nvenc_lib;
130 #else
131     void* nvenc_lib;
132 #endif
133 } NvencDynLoadFunctions;
134
135 typedef struct NvencValuePair
136 {
137     const char *str;
138     uint32_t num;
139 } NvencValuePair;
140
141 typedef struct NvencContext
142 {
143     AVClass *avclass;
144
145     NvencDynLoadFunctions nvenc_dload_funcs;
146
147     NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS init_encode_params;
148     NV_ENC_CONFIG encode_config;
149     CUcontext cu_context;
150     CUcontext cu_context_internal;
151
152     int max_surface_count;
153     NvencSurface *surfaces;
154
155     AVFifoBuffer *output_surface_queue;
156     AVFifoBuffer *output_surface_ready_queue;
157     AVFifoBuffer *timestamp_list;
158     int64_t last_dts;
159
160     struct {
161         CUdeviceptr ptr;
162         NV_ENC_REGISTERED_PTR regptr;
163         int mapped;
164     } registered_frames[MAX_REGISTERED_FRAMES];
165     int nb_registered_frames;
166
167     /* the actual data pixel format, different from
168      * AVCodecContext.pix_fmt when using hwaccel frames on input */
169     enum AVPixelFormat data_pix_fmt;
170
171     void *nvencoder;
172
173     char *preset;
174     char *profile;
175     char *level;
176     char *tier;
177     int cbr;
178     int twopass;
179     int gpu;
180     int buffer_delay;
181 } NvencContext;
182
183 static const NvencValuePair nvenc_h264_level_pairs[] = {
184     { "auto", NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT },
185     { "1"   , NV_ENC_LEVEL_H264_1     },
186     { "1.0" , NV_ENC_LEVEL_H264_1     },
187     { "1b"  , NV_ENC_LEVEL_H264_1b    },
188     { "1.0b", NV_ENC_LEVEL_H264_1b    },
189     { "1.1" , NV_ENC_LEVEL_H264_11    },
190     { "1.2" , NV_ENC_LEVEL_H264_12    },
191     { "1.3" , NV_ENC_LEVEL_H264_13    },
192     { "2"   , NV_ENC_LEVEL_H264_2     },
193     { "2.0" , NV_ENC_LEVEL_H264_2     },
194     { "2.1" , NV_ENC_LEVEL_H264_21    },
195     { "2.2" , NV_ENC_LEVEL_H264_22    },
196     { "3"   , NV_ENC_LEVEL_H264_3     },
197     { "3.0" , NV_ENC_LEVEL_H264_3     },
198     { "3.1" , NV_ENC_LEVEL_H264_31    },
199     { "3.2" , NV_ENC_LEVEL_H264_32    },
200     { "4"   , NV_ENC_LEVEL_H264_4     },
201     { "4.0" , NV_ENC_LEVEL_H264_4     },
202     { "4.1" , NV_ENC_LEVEL_H264_41    },
203     { "4.2" , NV_ENC_LEVEL_H264_42    },
204     { "5"   , NV_ENC_LEVEL_H264_5     },
205     { "5.0" , NV_ENC_LEVEL_H264_5     },
206     { "5.1" , NV_ENC_LEVEL_H264_51    },
207     { NULL }
208 };
209
210 static const NvencValuePair nvenc_hevc_level_pairs[] = {
211     { "auto", NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT },
212     { "1"   , NV_ENC_LEVEL_HEVC_1     },
213     { "1.0" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_1     },
214     { "2"   , NV_ENC_LEVEL_HEVC_2     },
215     { "2.0" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_2     },
216     { "2.1" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_21    },
217     { "3"   , NV_ENC_LEVEL_HEVC_3     },
218     { "3.0" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_3     },
219     { "3.1" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_31    },
220     { "4"   , NV_ENC_LEVEL_HEVC_4     },
221     { "4.0" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_4     },
222     { "4.1" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_41    },
223     { "5"   , NV_ENC_LEVEL_HEVC_5     },
224     { "5.0" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_5     },
225     { "5.1" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_51    },
226     { "5.2" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_52    },
227     { "6"   , NV_ENC_LEVEL_HEVC_6     },
228     { "6.0" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_6     },
229     { "6.1" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_61    },
230     { "6.2" , NV_ENC_LEVEL_HEVC_62    },
231     { NULL }
232 };
233
234 static const struct {
235     NVENCSTATUS nverr;
236     int         averr;
237     const char *desc;
238 } nvenc_errors[] = {
239     { NV_ENC_SUCCESS,                      0,                "success"                  },
240     { NV_ENC_ERR_NO_ENCODE_DEVICE,         AVERROR(ENOENT),  "no encode device"         },
241     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_DEVICE,       AVERROR(ENOSYS),  "unsupported device"       },
242     { NV_ENC_ERR_INVALID_ENCODERDEVICE,    AVERROR(EINVAL),  "invalid encoder device"   },
243     { NV_ENC_ERR_INVALID_DEVICE,           AVERROR(EINVAL),  "invalid device"           },
244     { NV_ENC_ERR_DEVICE_NOT_EXIST,         AVERROR(EIO),     "device does not exist"    },
245     { NV_ENC_ERR_INVALID_PTR,              AVERROR(EFAULT),  "invalid ptr"              },
246     { NV_ENC_ERR_INVALID_EVENT,            AVERROR(EINVAL),  "invalid event"            },
247     { NV_ENC_ERR_INVALID_PARAM,            AVERROR(EINVAL),  "invalid param"            },
248     { NV_ENC_ERR_INVALID_CALL,             AVERROR(EINVAL),  "invalid call"             },
249     { NV_ENC_ERR_OUT_OF_MEMORY,            AVERROR(ENOMEM),  "out of memory"            },
250     { NV_ENC_ERR_ENCODER_NOT_INITIALIZED,  AVERROR(EINVAL),  "encoder not initialized"  },
251     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_PARAM,        AVERROR(ENOSYS),  "unsupported param"        },
252     { NV_ENC_ERR_LOCK_BUSY,                AVERROR(EAGAIN),  "lock busy"                },
253     { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR(ENOBUFS), "not enough buffer"        },
254     { NV_ENC_ERR_INVALID_VERSION,          AVERROR(EINVAL),  "invalid version"          },
255     { NV_ENC_ERR_MAP_FAILED,               AVERROR(EIO),     "map failed"               },
256     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR(EAGAIN),  "need more input"          },
257     { NV_ENC_ERR_ENCODER_BUSY,             AVERROR(EAGAIN),  "encoder busy"             },
258     { NV_ENC_ERR_EVENT_NOT_REGISTERD,      AVERROR(EBADF),   "event not registered"     },
259     { NV_ENC_ERR_GENERIC,                  AVERROR_UNKNOWN,  "generic error"            },
260     { NV_ENC_ERR_INCOMPATIBLE_CLIENT_KEY,  AVERROR(EINVAL),  "incompatible client key"  },
261     { NV_ENC_ERR_UNIMPLEMENTED,            AVERROR(ENOSYS),  "unimplemented"            },
262     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_REGISTER_FAILED, AVERROR(EIO),     "resource register failed" },
263     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_REGISTERED,  AVERROR(EBADF),   "resource not registered"  },
264     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_MAPPED,      AVERROR(EBADF),   "resource not mapped"      },
265 };
266
267 static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
268 {
269     int i;
270     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(nvenc_errors); i++) {
271         if (nvenc_errors[i].nverr == err) {
272             if (desc)
273                 *desc = nvenc_errors[i].desc;
274             return nvenc_errors[i].averr;
275         }
276     }
277     if (desc)
278         *desc = "unknown error";
279     return AVERROR_UNKNOWN;
280 }
281
282 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
283                                      const char *error_string)
284 {
285     const char *desc;
286     int ret;
287     ret = nvenc_map_error(err, &desc);
288     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s (%d)\n", error_string, desc, err);
289     return ret;
290 }
291
292 static int input_string_to_uint32(AVCodecContext *avctx, const NvencValuePair *pair, const char *input, uint32_t *output)
293 {
294     for (; pair->str; ++pair) {
295         if (!strcmp(input, pair->str)) {
296             *output = pair->num;
297             return 0;
298         }
299     }
300
301     return AVERROR(EINVAL);
302 }
303
304 static void timestamp_queue_enqueue(AVFifoBuffer* queue, int64_t timestamp)
305 {
306     av_fifo_generic_write(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
307 }
308
309 static int64_t timestamp_queue_dequeue(AVFifoBuffer* queue)
310 {
311     int64_t timestamp = AV_NOPTS_VALUE;
312     if (av_fifo_size(queue) > 0)
313         av_fifo_generic_read(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
314
315     return timestamp;
316 }
317
318 #define CHECK_LOAD_FUNC(t, f, s) \
319 do { \
320     (f) = (t)LOAD_FUNC(dl_fn->cuda_lib, s); \
321     if (!(f)) { \
322         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading %s from CUDA library\n", s); \
323         goto error; \
324     } \
325 } while (0)
326
327 static av_cold int nvenc_dyload_cuda(AVCodecContext *avctx)
328 {
329     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
330     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
331
332 #if CONFIG_CUDA
333     dl_fn->cu_init                      = cuInit;
334     dl_fn->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
335     dl_fn->cu_device_get                = cuDeviceGet;
336     dl_fn->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
337     dl_fn->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
338     dl_fn->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
339     dl_fn->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
340     dl_fn->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
341
342     return 1;
343 #else
344     if (dl_fn->cuda_lib)
345         return 1;
346
347 #if defined(_WIN32)
348     dl_fn->cuda_lib = LoadLibrary(TEXT("nvcuda.dll"));
349 #else
350     dl_fn->cuda_lib = dlopen("libcuda.so", RTLD_LAZY);
351 #endif
352
353     if (!dl_fn->cuda_lib) {
354         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading CUDA library\n");
355         goto error;
356     }
357
358     CHECK_LOAD_FUNC(PCUINIT, dl_fn->cu_init, "cuInit");
359     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGETCOUNT, dl_fn->cu_device_get_count, "cuDeviceGetCount");
360     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGET, dl_fn->cu_device_get, "cuDeviceGet");
361     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGETNAME, dl_fn->cu_device_get_name, "cuDeviceGetName");
362     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICECOMPUTECAPABILITY, dl_fn->cu_device_compute_capability, "cuDeviceComputeCapability");
363     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXCREATE, dl_fn->cu_ctx_create, "cuCtxCreate_v2");
364     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXPOPCURRENT, dl_fn->cu_ctx_pop_current, "cuCtxPopCurrent_v2");
365     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXDESTROY, dl_fn->cu_ctx_destroy, "cuCtxDestroy_v2");
366
367     return 1;
368
369 error:
370
371     if (dl_fn->cuda_lib)
372         DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
373
374     dl_fn->cuda_lib = NULL;
375
376     return 0;
377 #endif
378 }
379
380 static av_cold int check_cuda_errors(AVCodecContext *avctx, CUresult err, const char *func)
381 {
382     if (err != CUDA_SUCCESS) {
383         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, ">> %s - failed with error code 0x%x\n", func, err);
384         return 0;
385     }
386     return 1;
387 }
388 #define check_cuda_errors(f) if (!check_cuda_errors(avctx, f, #f)) goto error
389
390 static av_cold int nvenc_check_cuda(AVCodecContext *avctx)
391 {
392     int device_count = 0;
393     CUdevice cu_device = 0;
394     char gpu_name[128];
395     int smminor = 0, smmajor = 0;
396     int i, smver, target_smver;
397
398     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
399     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
400
401     switch (avctx->codec->id) {
402     case AV_CODEC_ID_H264:
403         target_smver = ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P ? 0x52 : 0x30;
404         break;
405     case AV_CODEC_ID_H265:
406         target_smver = 0x52;
407         break;
408     default:
409         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Unknown codec name\n");
410         goto error;
411     }
412
413     if (!nvenc_dyload_cuda(avctx))
414         return 0;
415
416     if (dl_fn->nvenc_device_count > 0)
417         return 1;
418
419     check_cuda_errors(dl_fn->cu_init(0));
420
421     check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get_count(&device_count));
422
423     if (!device_count) {
424         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No CUDA capable devices found\n");
425         goto error;
426     }
427
428     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "%d CUDA capable devices found\n", device_count);
429
430     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
431
432     for (i = 0; i < device_count; ++i) {
433         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get(&cu_device, i));
434         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get_name(gpu_name, sizeof(gpu_name), cu_device));
435         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_compute_capability(&smmajor, &smminor, cu_device));
436
437         smver = (smmajor << 4) | smminor;
438
439         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");
440
441         if (smver >= target_smver)
442             dl_fn->nvenc_devices[dl_fn->nvenc_device_count++] = cu_device;
443     }
444
445     if (!dl_fn->nvenc_device_count) {
446         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No NVENC capable devices found\n");
447         goto error;
448     }
449
450     return 1;
451
452 error:
453
454     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
455
456     return 0;
457 }
458
459 static av_cold int nvenc_dyload_nvenc(AVCodecContext *avctx)
460 {
461     PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvEncodeAPICreateInstance = 0;
462     NVENCSTATUS nvstatus;
463
464     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
465     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
466
467     if (!nvenc_check_cuda(avctx))
468         return 0;
469
470     if (dl_fn->nvenc_lib)
471         return 1;
472
473 #if defined(_WIN32)
474     if (sizeof(void*) == 8) {
475         dl_fn->nvenc_lib = LoadLibrary(TEXT("nvEncodeAPI64.dll"));
476     } else {
477         dl_fn->nvenc_lib = LoadLibrary(TEXT("nvEncodeAPI.dll"));
478     }
479 #else
480     dl_fn->nvenc_lib = dlopen("libnvidia-encode.so.1", RTLD_LAZY);
481 #endif
482
483     if (!dl_fn->nvenc_lib) {
484         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading the nvenc library\n");
485         goto error;
486     }
487
488     nvEncodeAPICreateInstance = (PNVENCODEAPICREATEINSTANCE)LOAD_FUNC(dl_fn->nvenc_lib, "NvEncodeAPICreateInstance");
489
490     if (!nvEncodeAPICreateInstance) {
491         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed to load nvenc entrypoint\n");
492         goto error;
493     }
494
495     dl_fn->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
496
497     nvstatus = nvEncodeAPICreateInstance(&dl_fn->nvenc_funcs);
498
499     if (nvstatus != NV_ENC_SUCCESS) {
500         nvenc_print_error(avctx, nvstatus, "Failed to create nvenc instance");
501         goto error;
502     }
503
504     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc initialized successfully\n");
505
506     return 1;
507
508 error:
509     if (dl_fn->nvenc_lib)
510         DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
511
512     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
513
514     return 0;
515 }
516
517 static av_cold void nvenc_unload_nvenc(AVCodecContext *avctx)
518 {
519     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
520     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
521
522     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
523     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
524
525     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
526
527 #if !CONFIG_CUDA
528     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
529     dl_fn->cuda_lib = NULL;
530 #endif
531
532     dl_fn->cu_init = NULL;
533     dl_fn->cu_device_get_count = NULL;
534     dl_fn->cu_device_get = NULL;
535     dl_fn->cu_device_get_name = NULL;
536     dl_fn->cu_device_compute_capability = NULL;
537     dl_fn->cu_ctx_create = NULL;
538     dl_fn->cu_ctx_pop_current = NULL;
539     dl_fn->cu_ctx_destroy = NULL;
540
541     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
542 }
543
544 static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
545 {
546     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
547     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
548
549     CUresult cu_res;
550     CUcontext cu_context_curr;
551
552     ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
553
554 #if CONFIG_CUDA
555     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
556         AVHWFramesContext *frames_ctx;
557         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
558
559         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
560             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
561             return AVERROR(EINVAL);
562         }
563
564         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
565         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
566         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
567         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
568         return 0;
569     }
570 #endif
571
572     if (ctx->gpu >= dl_fn->nvenc_device_count) {
573         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->gpu, dl_fn->nvenc_device_count);
574         return AVERROR(EINVAL);
575     }
576
577     ctx->cu_context = NULL;
578     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
579
580     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
581         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed creating CUDA context for NVENC: 0x%x\n", (int)cu_res);
582         return AVERROR_EXTERNAL;
583     }
584
585     cu_res = dl_fn->cu_ctx_pop_current(&cu_context_curr);
586
587     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
588         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed popping CUDA context: 0x%x\n", (int)cu_res);
589         return AVERROR_EXTERNAL;
590     }
591
592     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
593
594     return 0;
595 }
596
597 static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
598 {
599     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
600     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
601     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
602
603     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS encode_session_params = { 0 };
604     NVENCSTATUS nv_status;
605
606     encode_session_params.version = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
607     encode_session_params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
608     encode_session_params.device = ctx->cu_context;
609     encode_session_params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
610
611     nv_status = p_nvenc->nvEncOpenEncodeSessionEx(&encode_session_params, &ctx->nvencoder);
612     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
613         ctx->nvencoder = NULL;
614         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "OpenEncodeSessionEx failed");
615     }
616
617     return 0;
618 }
619
620 static av_cold void set_constqp(AVCodecContext *avctx)
621 {
622     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
623
624     ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
625     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
626     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
627     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpIntra = avctx->global_quality;
628 }
629
630 static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
631 {
632     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
633
634     ctx->encode_config.rcParams.enableMinQP = 1;
635     ctx->encode_config.rcParams.enableMaxQP = 1;
636
637     ctx->encode_config.rcParams.minQP.qpInterB = avctx->qmin;
638     ctx->encode_config.rcParams.minQP.qpInterP = avctx->qmin;
639     ctx->encode_config.rcParams.minQP.qpIntra = avctx->qmin;
640
641     ctx->encode_config.rcParams.maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
642     ctx->encode_config.rcParams.maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
643     ctx->encode_config.rcParams.maxQP.qpIntra = avctx->qmax;
644 }
645
646 static av_cold void set_lossless(AVCodecContext *avctx)
647 {
648     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
649
650     ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
651     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterB = 0;
652     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpInterP = 0;
653     ctx->encode_config.rcParams.constQP.qpIntra = 0;
654 }
655
656 static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx, int lossless)
657 {
658     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
659
660     int qp_inter_p;
661
662     if (avctx->bit_rate > 0) {
663         ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate = avctx->bit_rate;
664     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
665         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
666     }
667
668     if (avctx->rc_max_rate > 0)
669         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
670
671     if (lossless) {
672         if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264)
673             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
674
675         set_lossless(avctx);
676
677         avctx->qmin = -1;
678         avctx->qmax = -1;
679     } else if (ctx->cbr) {
680         if (!ctx->twopass) {
681             ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR;
682         } else {
683             ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY;
684
685             if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264) {
686                 ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
687                 ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
688             }
689         }
690
691         if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264) {
692             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.outputBufferingPeriodSEI = 1;
693             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.outputPictureTimingSEI = 1;
694         } else if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H265) {
695             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.outputBufferingPeriodSEI = 1;
696             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.outputPictureTimingSEI = 1;
697         }
698     } else if (avctx->global_quality > 0) {
699         set_constqp(avctx);
700
701         avctx->qmin = -1;
702         avctx->qmax = -1;
703     } else {
704         if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
705             set_vbr(avctx);
706
707             qp_inter_p = (avctx->qmax + 3 * avctx->qmin) / 4; // biased towards Qmin
708
709             if (ctx->twopass) {
710                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
711                 if (avctx->codec->id == AV_CODEC_ID_H264) {
712                     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
713                     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
714                 }
715             } else {
716                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP;
717             }
718         } else {
719             qp_inter_p = 26; // default to 26
720
721             if (ctx->twopass) {
722                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
723             } else {
724                 ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
725             }
726         }
727
728         ctx->encode_config.rcParams.enableInitialRCQP = 1;
729         ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
730
731         if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
732             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpIntra = av_clip(
733                 qp_inter_p * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
734             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpInterB = av_clip(
735                 qp_inter_p * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
736         } else {
737             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpIntra = qp_inter_p;
738             ctx->encode_config.rcParams.initialRCQP.qpInterB = qp_inter_p;
739         }
740     }
741
742     if (avctx->rc_buffer_size > 0) {
743         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
744     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
745         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = 2 * ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
746     }
747 }
748
749 static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx, int lossless)
750 {
751     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
752     int res;
753
754     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.colourMatrix = avctx->colorspace;
755     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.colourPrimaries = avctx->color_primaries;
756     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.transferCharacteristics = avctx->color_trc;
757     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
758         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
759
760     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.colourDescriptionPresentFlag =
761         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
762
763     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.videoSignalTypePresentFlag =
764         (ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.colourDescriptionPresentFlag
765         || ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.videoFormat != 5
766         || ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.h264VUIParameters.videoFullRangeFlag != 0);
767
768     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode = 3;
769     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData = 1;
770
771     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
772     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.repeatSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
773
774     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.outputAUD = 1;
775
776     if (!ctx->profile && !lossless) {
777         switch (avctx->profile) {
778         case FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE:
779             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
780             break;
781         case FF_PROFILE_H264_BASELINE:
782             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
783             break;
784         case FF_PROFILE_H264_MAIN:
785             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
786             break;
787         case FF_PROFILE_H264_HIGH:
788         case FF_PROFILE_UNKNOWN:
789             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
790             break;
791         default:
792             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Unsupported profile requested, falling back to high\n");
793             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
794             break;
795         }
796     } else if (!lossless) {
797         if (!strcmp(ctx->profile, "high")) {
798             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
799             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH;
800         } else if (!strcmp(ctx->profile, "main")) {
801             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
802             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_MAIN;
803         } else if (!strcmp(ctx->profile, "baseline")) {
804             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
805             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_BASELINE;
806         } else if (!strcmp(ctx->profile, "high444p")) {
807             ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
808             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
809         } else {
810             av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Profile \"%s\" is unknown! Supported profiles: high, main, baseline\n", ctx->profile);
811             return AVERROR(EINVAL);
812         }
813     }
814
815     // force setting profile as high444p if input is AV_PIX_FMT_YUV444P
816     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
817         ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
818         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
819     }
820
821     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.chromaFormatIDC = avctx->profile == FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE ? 3 : 1;
822
823     if (ctx->level) {
824         res = input_string_to_uint32(avctx, nvenc_h264_level_pairs, ctx->level, &ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.level);
825
826         if (res) {
827             av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Level \"%s\" is unknown! Supported levels: auto, 1, 1b, 1.1, 1.2, 1.3, 2, 2.1, 2.2, 3, 3.1, 3.2, 4, 4.1, 4.2, 5, 5.1\n", ctx->level);
828             return res;
829         }
830     } else {
831         ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
832     }
833
834     return 0;
835 }
836
837 static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
838 {
839     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
840     int res;
841
842     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.colourMatrix = avctx->colorspace;
843     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.colourPrimaries = avctx->color_primaries;
844     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.transferCharacteristics = avctx->color_trc;
845     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
846         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
847
848     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.colourDescriptionPresentFlag =
849         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
850
851     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.videoSignalTypePresentFlag =
852         (ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.colourDescriptionPresentFlag
853         || ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.videoFormat != 5
854         || ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.hevcVUIParameters.videoFullRangeFlag != 0);
855
856     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode = 3;
857     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData = 1;
858
859     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
860     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.repeatSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
861
862     ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.outputAUD = 1;
863
864     /* No other profile is supported in the current SDK version 5 */
865     ctx->encode_config.profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
866     avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
867
868     if (ctx->level) {
869         res = input_string_to_uint32(avctx, nvenc_hevc_level_pairs, ctx->level, &ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.level);
870
871         if (res) {
872             av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Level \"%s\" is unknown! Supported levels: auto, 1, 2, 2.1, 3, 3.1, 4, 4.1, 5, 5.1, 5.2, 6, 6.1, 6.2\n", ctx->level);
873             return res;
874         }
875     } else {
876         ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
877     }
878
879     if (ctx->tier) {
880         if (!strcmp(ctx->tier, "main")) {
881             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.tier = NV_ENC_TIER_HEVC_MAIN;
882         } else if (!strcmp(ctx->tier, "high")) {
883             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.tier = NV_ENC_TIER_HEVC_HIGH;
884         } else {
885             av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Tier \"%s\" is unknown! Supported tiers: main, high\n", ctx->tier);
886             return AVERROR(EINVAL);
887         }
888     }
889
890     return 0;
891 }
892
893 static av_cold int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx, int lossless)
894 {
895     switch (avctx->codec->id) {
896     case AV_CODEC_ID_H264:
897         return nvenc_setup_h264_config(avctx, lossless);
898     case AV_CODEC_ID_H265:
899         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
900     /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
901     }
902
903     return 0;
904 }
905
906 static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
907 {
908     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
909     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
910     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
911
912     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_config = { 0 };
913     GUID encoder_preset = NV_ENC_PRESET_HQ_GUID;
914     GUID codec;
915     NVENCSTATUS nv_status = NV_ENC_SUCCESS;
916     AVCPBProperties *cpb_props;
917     int num_mbs;
918     int isLL = 0;
919     int lossless = 0;
920     int res = 0;
921     int dw, dh;
922
923     ctx->last_dts = AV_NOPTS_VALUE;
924
925     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
926     ctx->init_encode_params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
927     preset_config.version = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
928     preset_config.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
929
930     if (ctx->preset) {
931         if (!strcmp(ctx->preset, "slow")) {
932             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_HQ_GUID;
933             ctx->twopass = 1;
934         } else if (!strcmp(ctx->preset, "medium")) {
935             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_HQ_GUID;
936             ctx->twopass = 0;
937         } else if (!strcmp(ctx->preset, "fast")) {
938             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_HP_GUID;
939             ctx->twopass = 0;
940         } else if (!strcmp(ctx->preset, "hq")) {
941             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_HQ_GUID;
942         } else if (!strcmp(ctx->preset, "hp")) {
943             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_HP_GUID;
944         } else if (!strcmp(ctx->preset, "bd")) {
945             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_BD_GUID;
946         } else if (!strcmp(ctx->preset, "ll")) {
947             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_DEFAULT_GUID;
948             isLL = 1;
949         } else if (!strcmp(ctx->preset, "llhp")) {
950             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HP_GUID;
951             isLL = 1;
952         } else if (!strcmp(ctx->preset, "llhq")) {
953             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID;
954             isLL = 1;
955         } else if (!strcmp(ctx->preset, "lossless")) {
956             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID;
957             lossless = 1;
958         } else if (!strcmp(ctx->preset, "losslesshp")) {
959             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID;
960             lossless = 1;
961         } else if (!strcmp(ctx->preset, "default")) {
962             encoder_preset = NV_ENC_PRESET_DEFAULT_GUID;
963         } else {
964             av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Preset \"%s\" is unknown! Supported presets: slow, medium, fast, hp, hq, bd, ll, llhp, llhq, lossless, losslesshp, default\n", ctx->preset);
965             return AVERROR(EINVAL);
966         }
967     }
968
969     if (ctx->twopass < 0) {
970         ctx->twopass = isLL;
971     }
972
973     switch (avctx->codec->id) {
974     case AV_CODEC_ID_H264:
975         codec = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
976         break;
977     case AV_CODEC_ID_H265:
978         codec = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
979         break;
980     default:
981         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown codec name\n");
982         return AVERROR(EINVAL);
983     }
984
985     nv_status = p_nvenc->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvencoder, codec, encoder_preset, &preset_config);
986     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
987         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "GetEncodePresetConfig failed");
988     }
989
990     ctx->init_encode_params.encodeGUID = codec;
991     ctx->init_encode_params.encodeHeight = avctx->height;
992     ctx->init_encode_params.encodeWidth = avctx->width;
993
994     if (avctx->sample_aspect_ratio.num && avctx->sample_aspect_ratio.den &&
995         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 || avctx->sample_aspect_ratio.num != 1)) {
996         av_reduce(&dw, &dh,
997                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
998                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
999                   1024 * 1024);
1000         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
1001         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
1002     } else {
1003         ctx->init_encode_params.darHeight = avctx->height;
1004         ctx->init_encode_params.darWidth = avctx->width;
1005     }
1006
1007     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
1008     // playback at 704 pixel width.
1009     if (avctx->width == 720 &&
1010         (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
1011         av_reduce(&dw, &dh,
1012                   ctx->init_encode_params.darWidth * 44,
1013                   ctx->init_encode_params.darHeight * 45,
1014                   1024 * 1024);
1015         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
1016         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
1017     }
1018
1019     ctx->init_encode_params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
1020     ctx->init_encode_params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
1021
1022     num_mbs = ((avctx->width + 15) >> 4) * ((avctx->height + 15) >> 4);
1023     ctx->max_surface_count = (num_mbs >= 8160) ? 32 : 48;
1024
1025     if (ctx->buffer_delay >= ctx->max_surface_count)
1026         ctx->buffer_delay = ctx->max_surface_count - 1;
1027
1028     ctx->init_encode_params.enableEncodeAsync = 0;
1029     ctx->init_encode_params.enablePTD = 1;
1030
1031     ctx->init_encode_params.presetGUID = encoder_preset;
1032
1033     ctx->init_encode_params.encodeConfig = &ctx->encode_config;
1034     memcpy(&ctx->encode_config, &preset_config.presetCfg, sizeof(ctx->encode_config));
1035     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
1036
1037     if (avctx->refs >= 0) {
1038         /* 0 means "let the hardware decide" */
1039         switch (avctx->codec->id) {
1040         case AV_CODEC_ID_H264:
1041             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.maxNumRefFrames = avctx->refs;
1042             break;
1043         case AV_CODEC_ID_H265:
1044             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
1045             break;
1046         /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
1047         }
1048     }
1049
1050     if (avctx->gop_size > 0) {
1051         if (avctx->max_b_frames >= 0) {
1052             /* 0 is intra-only, 1 is I/P only, 2 is one B Frame, 3 two B frames, and so on. */
1053             ctx->encode_config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
1054         }
1055
1056         ctx->encode_config.gopLength = avctx->gop_size;
1057         switch (avctx->codec->id) {
1058         case AV_CODEC_ID_H264:
1059             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.idrPeriod = avctx->gop_size;
1060             break;
1061         case AV_CODEC_ID_H265:
1062             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.idrPeriod = avctx->gop_size;
1063             break;
1064         /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
1065         }
1066     } else if (avctx->gop_size == 0) {
1067         ctx->encode_config.frameIntervalP = 0;
1068         ctx->encode_config.gopLength = 1;
1069         switch (avctx->codec->id) {
1070         case AV_CODEC_ID_H264:
1071             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.idrPeriod = 1;
1072             break;
1073         case AV_CODEC_ID_H265:
1074             ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.idrPeriod = 1;
1075             break;
1076         /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
1077         }
1078     }
1079
1080     /* when there're b frames, set dts offset */
1081     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
1082         ctx->last_dts = -2;
1083
1084     nvenc_setup_rate_control(avctx, lossless);
1085
1086     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1087         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
1088     } else {
1089         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
1090     }
1091
1092     res = nvenc_setup_codec_config(avctx, lossless);
1093     if (res)
1094         return res;
1095
1096     nv_status = p_nvenc->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvencoder, &ctx->init_encode_params);
1097     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1098         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "InitializeEncoder failed");
1099     }
1100
1101     if (ctx->encode_config.frameIntervalP > 1)
1102         avctx->has_b_frames = 2;
1103
1104     if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0)
1105         avctx->bit_rate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
1106
1107     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
1108     if (!cpb_props)
1109         return AVERROR(ENOMEM);
1110     cpb_props->max_bitrate = ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate;
1111     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
1112     cpb_props->buffer_size = ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize;
1113
1114     return 0;
1115 }
1116
1117 static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
1118 {
1119     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1120     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1121     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1122
1123     NVENCSTATUS nv_status;
1124     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER allocOut = { 0 };
1125     allocOut.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
1126
1127     switch (ctx->data_pix_fmt) {
1128     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
1129         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
1130         break;
1131
1132     case AV_PIX_FMT_NV12:
1133         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
1134         break;
1135
1136     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
1137         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
1138         break;
1139
1140     default:
1141         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
1142         return AVERROR(EINVAL);
1143     }
1144
1145     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1146         ctx->surfaces[idx].in_ref = av_frame_alloc();
1147         if (!ctx->surfaces[idx].in_ref)
1148             return AVERROR(ENOMEM);
1149     } else {
1150         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER allocSurf = { 0 };
1151         allocSurf.version = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
1152         allocSurf.width = (avctx->width + 31) & ~31;
1153         allocSurf.height = (avctx->height + 31) & ~31;
1154         allocSurf.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
1155         allocSurf.bufferFmt = ctx->surfaces[idx].format;
1156
1157         nv_status = p_nvenc->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvencoder, &allocSurf);
1158         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1159             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateInputBuffer failed");
1160         }
1161
1162         ctx->surfaces[idx].input_surface = allocSurf.inputBuffer;
1163         ctx->surfaces[idx].width = allocSurf.width;
1164         ctx->surfaces[idx].height = allocSurf.height;
1165     }
1166
1167     ctx->surfaces[idx].lockCount = 0;
1168
1169     /* 1MB is large enough to hold most output frames. NVENC increases this automaticaly if it's not enough. */
1170     allocOut.size = 1024 * 1024;
1171
1172     allocOut.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
1173
1174     nv_status = p_nvenc->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, &allocOut);
1175     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1176         int err = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateBitstreamBuffer failed");
1177         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1178             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[idx].input_surface);
1179         av_frame_free(&ctx->surfaces[idx].in_ref);
1180         return err;
1181     }
1182
1183     ctx->surfaces[idx].output_surface = allocOut.bitstreamBuffer;
1184     ctx->surfaces[idx].size = allocOut.size;
1185
1186     return 0;
1187 }
1188
1189 static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx, int* surfaceCount)
1190 {
1191     int res;
1192     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1193
1194     ctx->surfaces = av_malloc(ctx->max_surface_count * sizeof(*ctx->surfaces));
1195
1196     if (!ctx->surfaces) {
1197         return AVERROR(ENOMEM);
1198     }
1199
1200     ctx->timestamp_list = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(int64_t));
1201     if (!ctx->timestamp_list)
1202         return AVERROR(ENOMEM);
1203     ctx->output_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(NvencSurface*));
1204     if (!ctx->output_surface_queue)
1205         return AVERROR(ENOMEM);
1206     ctx->output_surface_ready_queue = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(NvencSurface*));
1207     if (!ctx->output_surface_ready_queue)
1208         return AVERROR(ENOMEM);
1209
1210     for (*surfaceCount = 0; *surfaceCount < ctx->max_surface_count; ++*surfaceCount) {
1211         res = nvenc_alloc_surface(avctx, *surfaceCount);
1212         if (res)
1213             return res;
1214     }
1215
1216     return 0;
1217 }
1218
1219 static av_cold int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
1220 {
1221     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1222     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1223     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1224
1225     NVENCSTATUS nv_status;
1226     uint32_t outSize = 0;
1227     char tmpHeader[256];
1228     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1229     payload.version = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1230
1231     payload.spsppsBuffer = tmpHeader;
1232     payload.inBufferSize = sizeof(tmpHeader);
1233     payload.outSPSPPSPayloadSize = &outSize;
1234
1235     nv_status = p_nvenc->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvencoder, &payload);
1236     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1237         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "GetSequenceParams failed");
1238     }
1239
1240     avctx->extradata_size = outSize;
1241     avctx->extradata = av_mallocz(outSize + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1242
1243     if (!avctx->extradata) {
1244         return AVERROR(ENOMEM);
1245     }
1246
1247     memcpy(avctx->extradata, tmpHeader, outSize);
1248
1249     return 0;
1250 }
1251
1252 static av_cold int nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1253 {
1254     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1255     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1256     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1257
1258     int res;
1259     int i;
1260     int surfaceCount = 0;
1261
1262     if (!nvenc_dyload_nvenc(avctx))
1263         return AVERROR_EXTERNAL;
1264
1265     res = nvenc_setup_device(avctx);
1266     if (res)
1267         goto error;
1268
1269     res = nvenc_open_session(avctx);
1270     if (res)
1271         goto error;
1272
1273     res = nvenc_setup_encoder(avctx);
1274     if (res)
1275         goto error;
1276
1277     res = nvenc_setup_surfaces(avctx, &surfaceCount);
1278     if (res)
1279         goto error;
1280
1281     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1282         res = nvenc_setup_extradata(avctx);
1283         if (res)
1284             goto error;
1285     }
1286
1287     return 0;
1288
1289 error:
1290     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1291     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1292     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1293
1294     for (i = 0; i < surfaceCount; ++i) {
1295         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1296             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1297         av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1298         p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1299     }
1300     av_freep(&ctx->surfaces);
1301
1302     if (ctx->nvencoder)
1303         p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1304     ctx->nvencoder = NULL;
1305
1306     if (ctx->cu_context_internal)
1307         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1308     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1309
1310     nvenc_unload_nvenc(avctx);
1311
1312     return res;
1313 }
1314
1315 static av_cold int nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1316 {
1317     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1318     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1319     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1320     int i;
1321
1322     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1323     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1324     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1325
1326     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1327         for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1328             if (ctx->surfaces[i].input_surface) {
1329                  p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].in_map.mappedResource);
1330             }
1331         }
1332         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1333             if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1334                 p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
1335         }
1336         ctx->nb_registered_frames = 0;
1337     }
1338
1339     for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1340         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1341             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1342         av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1343         p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1344     }
1345     av_freep(&ctx->surfaces);
1346     ctx->max_surface_count = 0;
1347
1348     p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1349     ctx->nvencoder = NULL;
1350
1351     if (ctx->cu_context_internal)
1352         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1353     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1354
1355     nvenc_unload_nvenc(avctx);
1356
1357     return 0;
1358 }
1359
1360 static NvencSurface *get_free_frame(NvencContext *ctx)
1361 {
1362     int i;
1363
1364     for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1365         if (!ctx->surfaces[i].lockCount) {
1366             ctx->surfaces[i].lockCount = 1;
1367             return &ctx->surfaces[i];
1368         }
1369     }
1370
1371     return NULL;
1372 }
1373
1374 static int nvenc_copy_frame(AVCodecContext *avctx, NvencSurface *inSurf,
1375             NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lockBufferParams, const AVFrame *frame)
1376 {
1377     uint8_t *buf = lockBufferParams->bufferDataPtr;
1378     int off = inSurf->height * lockBufferParams->pitch;
1379
1380     if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P) {
1381         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1382             frame->data[0], frame->linesize[0],
1383             avctx->width, avctx->height);
1384
1385         buf += off;
1386
1387         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1388             frame->data[2], frame->linesize[2],
1389             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1390
1391         buf += off >> 2;
1392
1393         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1394             frame->data[1], frame->linesize[1],
1395             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1396     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_NV12) {
1397         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1398             frame->data[0], frame->linesize[0],
1399             avctx->width, avctx->height);
1400
1401         buf += off;
1402
1403         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1404             frame->data[1], frame->linesize[1],
1405             avctx->width, avctx->height >> 1);
1406     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
1407         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1408             frame->data[0], frame->linesize[0],
1409             avctx->width, avctx->height);
1410
1411         buf += off;
1412
1413         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1414             frame->data[1], frame->linesize[1],
1415             avctx->width, avctx->height);
1416
1417         buf += off;
1418
1419         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1420             frame->data[2], frame->linesize[2],
1421             avctx->width, avctx->height);
1422     } else {
1423         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid pixel format!\n");
1424         return AVERROR(EINVAL);
1425     }
1426
1427     return 0;
1428 }
1429
1430 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1431 {
1432     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1433     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1434     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1435
1436     int i;
1437
1438     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1439         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1440             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1441                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1442                     p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder,
1443                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1444                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1445                 }
1446                 return i;
1447             }
1448         }
1449     } else {
1450         return ctx->nb_registered_frames++;
1451     }
1452
1453     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1454     return AVERROR(ENOMEM);
1455 }
1456
1457 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1458 {
1459     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1460     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1461     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1462
1463     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1464     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1465     int i, idx, ret;
1466
1467     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1468         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1469             return i;
1470     }
1471
1472     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1473     if (idx < 0)
1474         return idx;
1475
1476     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1477     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1478     reg.width              = frames_ctx->width;
1479     reg.height             = frames_ctx->height;
1480     reg.bufferFormat       = ctx->surfaces[0].format;
1481     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1482     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1483
1484     ret = p_nvenc->nvEncRegisterResource(ctx->nvencoder, &reg);
1485     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1486         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1487         return AVERROR_UNKNOWN;
1488     }
1489
1490     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1491     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1492     return idx;
1493 }
1494
1495 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1496                                       NvencSurface *nvenc_frame)
1497 {
1498     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1499     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1500     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1501
1502     int res;
1503     NVENCSTATUS nv_status;
1504
1505     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1506         int reg_idx = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1507         if (reg_idx < 0) {
1508             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1509             return reg_idx;
1510         }
1511
1512         res = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1513         if (res < 0)
1514             return res;
1515
1516         nvenc_frame->in_map.version = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1517         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1518         nv_status = p_nvenc->nvEncMapInputResource(ctx->nvencoder, &nvenc_frame->in_map);
1519         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1520             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1521             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Error mapping an input resource");
1522         }
1523
1524         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1525         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1526         nvenc_frame->input_surface             = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1527         return 0;
1528     } else {
1529         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER lockBufferParams = { 0 };
1530
1531         lockBufferParams.version = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1532         lockBufferParams.inputBuffer = nvenc_frame->input_surface;
1533
1534         nv_status = p_nvenc->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvencoder, &lockBufferParams);
1535         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1536             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking nvenc input buffer");
1537         }
1538
1539         res = nvenc_copy_frame(avctx, nvenc_frame, &lockBufferParams, frame);
1540
1541         nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvencoder, nvenc_frame->input_surface);
1542         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1543             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking input buffer!");
1544         }
1545
1546         return res;
1547     }
1548 }
1549
1550 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1551                                                     NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1552 {
1553     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1554
1555     switch (avctx->codec->id) {
1556     case AV_CODEC_ID_H264:
1557       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1558       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1559       break;
1560     case AV_CODEC_ID_H265:
1561       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1562       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1563       break;
1564     }
1565 }
1566
1567 static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSurface *tmpoutsurf)
1568 {
1569     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1570     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1571     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1572
1573     uint32_t slice_mode_data;
1574     uint32_t *slice_offsets;
1575     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM lock_params = { 0 };
1576     NVENCSTATUS nv_status;
1577     int res = 0;
1578
1579     enum AVPictureType pict_type;
1580
1581     switch (avctx->codec->id) {
1582     case AV_CODEC_ID_H264:
1583       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1584       break;
1585     case AV_CODEC_ID_H265:
1586       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1587       break;
1588     default:
1589       av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown codec name\n");
1590       res = AVERROR(EINVAL);
1591       goto error;
1592     }
1593     slice_offsets = av_mallocz(slice_mode_data * sizeof(*slice_offsets));
1594
1595     if (!slice_offsets)
1596         return AVERROR(ENOMEM);
1597
1598     lock_params.version = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1599
1600     lock_params.doNotWait = 0;
1601     lock_params.outputBitstream = tmpoutsurf->output_surface;
1602     lock_params.sliceOffsets = slice_offsets;
1603
1604     nv_status = p_nvenc->nvEncLockBitstream(ctx->nvencoder, &lock_params);
1605     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1606         res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking bitstream buffer");
1607         goto error;
1608     }
1609
1610     if (res = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, lock_params.bitstreamSizeInBytes,0)) {
1611         p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1612         goto error;
1613     }
1614
1615     memcpy(pkt->data, lock_params.bitstreamBufferPtr, lock_params.bitstreamSizeInBytes);
1616
1617     nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1618     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
1619         nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking bitstream buffer, expect the gates of mordor to open");
1620
1621
1622     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1623         p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->in_map.mappedResource);
1624         av_frame_unref(tmpoutsurf->in_ref);
1625         ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped = 0;
1626
1627         tmpoutsurf->input_surface = NULL;
1628     }
1629
1630     switch (lock_params.pictureType) {
1631     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1632         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1633     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1634         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1635         break;
1636     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1637         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1638         break;
1639     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1640         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1641         break;
1642     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1643         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1644         break;
1645     default:
1646         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown picture type encountered, expect the output to be broken.\n");
1647         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Please report this error and include as much information on how to reproduce it as possible.\n");
1648         res = AVERROR_EXTERNAL;
1649         goto error;
1650     }
1651
1652 #if FF_API_CODED_FRAME
1653 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1654     avctx->coded_frame->pict_type = pict_type;
1655 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1656 #endif
1657
1658     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt,
1659         (lock_params.frameAvgQP - 1) * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, pict_type);
1660
1661     pkt->pts = lock_params.outputTimeStamp;
1662     pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1663
1664     /* when there're b frame(s), set dts offset */
1665     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
1666         pkt->dts -= 1;
1667
1668     if (pkt->dts > pkt->pts)
1669         pkt->dts = pkt->pts;
1670
1671     if (ctx->last_dts != AV_NOPTS_VALUE && pkt->dts <= ctx->last_dts)
1672         pkt->dts = ctx->last_dts + 1;
1673
1674     ctx->last_dts = pkt->dts;
1675
1676     av_free(slice_offsets);
1677
1678     return 0;
1679
1680 error:
1681
1682     av_free(slice_offsets);
1683     timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1684
1685     return res;
1686 }
1687
1688 static int output_ready(NvencContext *ctx, int flush)
1689 {
1690     int nb_ready, nb_pending;
1691
1692     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->output_surface_ready_queue)   / sizeof(NvencSurface*);
1693     nb_pending = av_fifo_size(ctx->output_surface_queue)         / sizeof(NvencSurface*);
1694     return nb_ready > 0 && (flush || nb_ready + nb_pending >= ctx->buffer_delay);
1695 }
1696
1697 static int nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1698     const AVFrame *frame, int *got_packet)
1699 {
1700     NVENCSTATUS nv_status;
1701     NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
1702     int res;
1703
1704     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1705     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1706     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1707
1708     NV_ENC_PIC_PARAMS pic_params = { 0 };
1709     pic_params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1710
1711     if (frame) {
1712         inSurf = get_free_frame(ctx);
1713         av_assert0(inSurf);
1714
1715         res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, inSurf);
1716         if (res) {
1717             inSurf->lockCount = 0;
1718             return res;
1719         }
1720
1721         pic_params.inputBuffer = inSurf->input_surface;
1722         pic_params.bufferFmt = inSurf->format;
1723         pic_params.inputWidth = avctx->width;
1724         pic_params.inputHeight = avctx->height;
1725         pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
1726         pic_params.completionEvent = 0;
1727
1728         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1729             if (frame->top_field_first) {
1730                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1731             } else {
1732                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1733             }
1734         } else {
1735             pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1736         }
1737
1738         pic_params.encodePicFlags = 0;
1739         pic_params.inputTimeStamp = frame->pts;
1740         pic_params.inputDuration = 0;
1741
1742         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
1743
1744         timestamp_queue_enqueue(ctx->timestamp_list, frame->pts);
1745     } else {
1746         pic_params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1747     }
1748
1749     nv_status = p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &pic_params);
1750
1751     if (frame && nv_status == NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1752         av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1753
1754     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS && nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1755         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "EncodePicture failed!");
1756     }
1757
1758     if (nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1759         while (av_fifo_size(ctx->output_surface_queue) > 0) {
1760             av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1761             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1762         }
1763
1764         if (frame)
1765             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1766     }
1767
1768     if (output_ready(ctx, !frame)) {
1769         av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1770
1771         res = process_output_surface(avctx, pkt, tmpoutsurf);
1772
1773         if (res)
1774             return res;
1775
1776         av_assert0(tmpoutsurf->lockCount);
1777         tmpoutsurf->lockCount--;
1778
1779         *got_packet = 1;
1780     } else {
1781         *got_packet = 0;
1782     }
1783
1784     return 0;
1785 }
1786
1787 static const enum AVPixelFormat pix_fmts_nvenc[] = {
1788     AV_PIX_FMT_YUV420P,
1789     AV_PIX_FMT_NV12,
1790     AV_PIX_FMT_YUV444P,
1791 #if CONFIG_CUDA
1792     AV_PIX_FMT_CUDA,
1793 #endif
1794     AV_PIX_FMT_NONE
1795 };
1796
1797 #define OFFSET(x) offsetof(NvencContext, x)
1798 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
1799 static const AVOption options[] = {
1800     { "preset", "Set the encoding preset (one of slow = hq 2pass, medium = hq, fast = hp, hq, hp, bd, ll, llhq, llhp, lossless, losslesshp, default)", OFFSET(preset), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "medium" }, 0, 0, VE },
1801     { "profile", "Set the encoding profile (high, main, baseline or high444p)", OFFSET(profile), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "main" }, 0, 0, VE },
1802     { "level", "Set the encoding level restriction (auto, 1.0, 1.0b, 1.1, 1.2, ..., 4.2, 5.0, 5.1)", OFFSET(level), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "auto" }, 0, 0, VE },
1803     { "tier", "Set the encoding tier (main or high)", OFFSET(tier), AV_OPT_TYPE_STRING, { .str = "main" }, 0, 0, VE },
1804     { "cbr", "Use cbr encoding mode", OFFSET(cbr), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, VE },
1805     { "2pass", "Use 2pass encoding mode", OFFSET(twopass), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = -1 }, -1, 1, VE },
1806     { "gpu", "Selects which NVENC capable GPU to use. First GPU is 0, second is 1, and so on.", OFFSET(gpu), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = 0 }, 0, INT_MAX, VE },
1807     { "delay", "Delays frame output by the given amount of frames.", OFFSET(buffer_delay), AV_OPT_TYPE_INT, { .i64 = INT_MAX }, 0, INT_MAX, VE },
1808     { NULL }
1809 };
1810
1811 static const AVCodecDefault nvenc_defaults[] = {
1812     { "b", "2M" },
1813     { "qmin", "-1" },
1814     { "qmax", "-1" },
1815     { "qdiff", "-1" },
1816     { "qblur", "-1" },
1817     { "qcomp", "-1" },
1818     { "g", "250" },
1819     { "bf", "0" },
1820     { NULL },
1821 };
1822
1823 #if CONFIG_NVENC_ENCODER
1824 static const AVClass nvenc_class = {
1825     .class_name = "nvenc",
1826     .item_name = av_default_item_name,
1827     .option = options,
1828     .version = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1829 };
1830
1831 AVCodec ff_nvenc_encoder = {
1832     .name = "nvenc",
1833     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("NVIDIA NVENC h264 encoder"),
1834     .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1835     .id = AV_CODEC_ID_H264,
1836     .priv_data_size = sizeof(NvencContext),
1837     .init = nvenc_encode_init,
1838     .encode2 = nvenc_encode_frame,
1839     .close = nvenc_encode_close,
1840     .capabilities = AV_CODEC_CAP_DELAY,
1841     .priv_class = &nvenc_class,
1842     .defaults = nvenc_defaults,
1843     .pix_fmts = pix_fmts_nvenc,
1844 };
1845 #endif
1846
1847 /* Add an alias for nvenc_h264 */
1848 #if CONFIG_NVENC_H264_ENCODER
1849 static const AVClass nvenc_h264_class = {
1850     .class_name = "nvenc_h264",
1851     .item_name = av_default_item_name,
1852     .option = options,
1853     .version = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1854 };
1855
1856 AVCodec ff_nvenc_h264_encoder = {
1857     .name = "nvenc_h264",
1858     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("NVIDIA NVENC h264 encoder"),
1859     .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1860     .id = AV_CODEC_ID_H264,
1861     .priv_data_size = sizeof(NvencContext),
1862     .init = nvenc_encode_init,
1863     .encode2 = nvenc_encode_frame,
1864     .close = nvenc_encode_close,
1865     .capabilities = AV_CODEC_CAP_DELAY,
1866     .priv_class = &nvenc_h264_class,
1867     .defaults = nvenc_defaults,
1868     .pix_fmts = pix_fmts_nvenc,
1869 };
1870 #endif
1871
1872 #if CONFIG_NVENC_HEVC_ENCODER
1873 static const AVClass nvenc_hevc_class = {
1874     .class_name = "nvenc_hevc",
1875     .item_name = av_default_item_name,
1876     .option = options,
1877     .version = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
1878 };
1879
1880 AVCodec ff_nvenc_hevc_encoder = {
1881     .name = "nvenc_hevc",
1882     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("NVIDIA NVENC hevc encoder"),
1883     .type = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1884     .id = AV_CODEC_ID_H265,
1885     .priv_data_size = sizeof(NvencContext),
1886     .init = nvenc_encode_init,
1887     .encode2 = nvenc_encode_frame,
1888     .close = nvenc_encode_close,
1889     .capabilities = AV_CODEC_CAP_DELAY,
1890     .priv_class = &nvenc_hevc_class,
1891     .defaults = nvenc_defaults,
1892     .pix_fmts = pix_fmts_nvenc,
1893 };
1894 #endif