avcodec/nvenc: allow configuring number of surfaces
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
1 /*
2  * H.264 hardware encoding using nvidia nvenc
3  * Copyright (c) 2014 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
4  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 #include "config.h"
23
24 #if defined(_WIN32)
25 #include <windows.h>
26 #else
27 #include <dlfcn.h>
28 #endif
29
30 #include "libavutil/imgutils.h"
31 #include "libavutil/avassert.h"
32 #include "libavutil/mem.h"
33 #include "libavutil/hwcontext.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "thread.h"
36
37 #include "nvenc.h"
38
39 #if CONFIG_CUDA
40 #include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
41 #endif
42
43 #define IS_CBR(rc) (rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR ||               \
44                     rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||    \
45                     rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP)
46
47 #if defined(_WIN32)
48 #define LOAD_FUNC(l, s) GetProcAddress(l, s)
49 #define DL_CLOSE_FUNC(l) FreeLibrary(l)
50 #else
51 #define LOAD_FUNC(l, s) dlsym(l, s)
52 #define DL_CLOSE_FUNC(l) dlclose(l)
53 #endif
54
55 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
56     AV_PIX_FMT_YUV420P,
57     AV_PIX_FMT_NV12,
58     AV_PIX_FMT_YUV444P,
59 #if CONFIG_CUDA
60     AV_PIX_FMT_CUDA,
61 #endif
62     AV_PIX_FMT_NONE
63 };
64
65 typedef struct NvencData
66 {
67     union {
68         int64_t timestamp;
69         NvencSurface *surface;
70     } u;
71 } NvencData;
72
73 static const struct {
74     NVENCSTATUS nverr;
75     int         averr;
76     const char *desc;
77 } nvenc_errors[] = {
78     { NV_ENC_SUCCESS,                      0,                "success"                  },
79     { NV_ENC_ERR_NO_ENCODE_DEVICE,         AVERROR(ENOENT),  "no encode device"         },
80     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_DEVICE,       AVERROR(ENOSYS),  "unsupported device"       },
81     { NV_ENC_ERR_INVALID_ENCODERDEVICE,    AVERROR(EINVAL),  "invalid encoder device"   },
82     { NV_ENC_ERR_INVALID_DEVICE,           AVERROR(EINVAL),  "invalid device"           },
83     { NV_ENC_ERR_DEVICE_NOT_EXIST,         AVERROR(EIO),     "device does not exist"    },
84     { NV_ENC_ERR_INVALID_PTR,              AVERROR(EFAULT),  "invalid ptr"              },
85     { NV_ENC_ERR_INVALID_EVENT,            AVERROR(EINVAL),  "invalid event"            },
86     { NV_ENC_ERR_INVALID_PARAM,            AVERROR(EINVAL),  "invalid param"            },
87     { NV_ENC_ERR_INVALID_CALL,             AVERROR(EINVAL),  "invalid call"             },
88     { NV_ENC_ERR_OUT_OF_MEMORY,            AVERROR(ENOMEM),  "out of memory"            },
89     { NV_ENC_ERR_ENCODER_NOT_INITIALIZED,  AVERROR(EINVAL),  "encoder not initialized"  },
90     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_PARAM,        AVERROR(ENOSYS),  "unsupported param"        },
91     { NV_ENC_ERR_LOCK_BUSY,                AVERROR(EAGAIN),  "lock busy"                },
92     { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR(ENOBUFS), "not enough buffer"        },
93     { NV_ENC_ERR_INVALID_VERSION,          AVERROR(EINVAL),  "invalid version"          },
94     { NV_ENC_ERR_MAP_FAILED,               AVERROR(EIO),     "map failed"               },
95     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR(EAGAIN),  "need more input"          },
96     { NV_ENC_ERR_ENCODER_BUSY,             AVERROR(EAGAIN),  "encoder busy"             },
97     { NV_ENC_ERR_EVENT_NOT_REGISTERD,      AVERROR(EBADF),   "event not registered"     },
98     { NV_ENC_ERR_GENERIC,                  AVERROR_UNKNOWN,  "generic error"            },
99     { NV_ENC_ERR_INCOMPATIBLE_CLIENT_KEY,  AVERROR(EINVAL),  "incompatible client key"  },
100     { NV_ENC_ERR_UNIMPLEMENTED,            AVERROR(ENOSYS),  "unimplemented"            },
101     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_REGISTER_FAILED, AVERROR(EIO),     "resource register failed" },
102     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_REGISTERED,  AVERROR(EBADF),   "resource not registered"  },
103     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_MAPPED,      AVERROR(EBADF),   "resource not mapped"      },
104 };
105
106 static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
107 {
108     int i;
109     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(nvenc_errors); i++) {
110         if (nvenc_errors[i].nverr == err) {
111             if (desc)
112                 *desc = nvenc_errors[i].desc;
113             return nvenc_errors[i].averr;
114         }
115     }
116     if (desc)
117         *desc = "unknown error";
118     return AVERROR_UNKNOWN;
119 }
120
121 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
122                                      const char *error_string)
123 {
124     const char *desc;
125     int ret;
126     ret = nvenc_map_error(err, &desc);
127     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s (%d)\n", error_string, desc, err);
128     return ret;
129 }
130
131 static void timestamp_queue_enqueue(AVFifoBuffer* queue, int64_t timestamp)
132 {
133     av_fifo_generic_write(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
134 }
135
136 static int64_t timestamp_queue_dequeue(AVFifoBuffer* queue)
137 {
138     int64_t timestamp = AV_NOPTS_VALUE;
139     if (av_fifo_size(queue) > 0)
140         av_fifo_generic_read(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
141
142     return timestamp;
143 }
144
145 #define CHECK_LOAD_FUNC(t, f, s) \
146 do { \
147     (f) = (t)LOAD_FUNC(dl_fn->cuda_lib, s); \
148     if (!(f)) { \
149         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading %s from CUDA library\n", s); \
150         goto error; \
151     } \
152 } while (0)
153
154 static av_cold int nvenc_dyload_cuda(AVCodecContext *avctx)
155 {
156     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
157     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
158
159 #if CONFIG_CUDA
160     dl_fn->cu_init                      = cuInit;
161     dl_fn->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
162     dl_fn->cu_device_get                = cuDeviceGet;
163     dl_fn->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
164     dl_fn->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
165     dl_fn->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
166     dl_fn->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
167     dl_fn->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
168
169     return 1;
170 #else
171     if (dl_fn->cuda_lib)
172         return 1;
173
174 #if defined(_WIN32)
175     dl_fn->cuda_lib = LoadLibrary(TEXT("nvcuda.dll"));
176 #else
177     dl_fn->cuda_lib = dlopen("libcuda.so", RTLD_LAZY);
178 #endif
179
180     if (!dl_fn->cuda_lib) {
181         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading CUDA library\n");
182         goto error;
183     }
184
185     CHECK_LOAD_FUNC(PCUINIT, dl_fn->cu_init, "cuInit");
186     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGETCOUNT, dl_fn->cu_device_get_count, "cuDeviceGetCount");
187     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGET, dl_fn->cu_device_get, "cuDeviceGet");
188     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICEGETNAME, dl_fn->cu_device_get_name, "cuDeviceGetName");
189     CHECK_LOAD_FUNC(PCUDEVICECOMPUTECAPABILITY, dl_fn->cu_device_compute_capability, "cuDeviceComputeCapability");
190     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXCREATE, dl_fn->cu_ctx_create, "cuCtxCreate_v2");
191     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXPOPCURRENT, dl_fn->cu_ctx_pop_current, "cuCtxPopCurrent_v2");
192     CHECK_LOAD_FUNC(PCUCTXDESTROY, dl_fn->cu_ctx_destroy, "cuCtxDestroy_v2");
193
194     return 1;
195
196 error:
197
198     if (dl_fn->cuda_lib)
199         DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
200
201     dl_fn->cuda_lib = NULL;
202
203     return 0;
204 #endif
205 }
206
207 static av_cold int check_cuda_errors(AVCodecContext *avctx, CUresult err, const char *func)
208 {
209     if (err != CUDA_SUCCESS) {
210         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, ">> %s - failed with error code 0x%x\n", func, err);
211         return 0;
212     }
213     return 1;
214 }
215 #define check_cuda_errors(f) if (!check_cuda_errors(avctx, f, #f)) goto error
216
217 static av_cold int nvenc_check_cuda(AVCodecContext *avctx)
218 {
219     int device_count = 0;
220     CUdevice cu_device = 0;
221     char gpu_name[128];
222     int smminor = 0, smmajor = 0;
223     int i, smver, target_smver;
224
225     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
226     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
227
228     switch (avctx->codec->id) {
229     case AV_CODEC_ID_H264:
230         target_smver = ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P ? 0x52 : 0x30;
231         break;
232     case AV_CODEC_ID_H265:
233         target_smver = 0x52;
234         break;
235     default:
236         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Unknown codec name\n");
237         goto error;
238     }
239
240     if (ctx->preset >= PRESET_LOSSLESS_DEFAULT)
241         target_smver = 0x52;
242
243     if (!nvenc_dyload_cuda(avctx))
244         return 0;
245
246     if (dl_fn->nvenc_device_count > 0)
247         return 1;
248
249     check_cuda_errors(dl_fn->cu_init(0));
250
251     check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get_count(&device_count));
252
253     if (!device_count) {
254         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No CUDA capable devices found\n");
255         goto error;
256     }
257
258     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "%d CUDA capable devices found\n", device_count);
259
260     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
261
262     for (i = 0; i < device_count; ++i) {
263         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get(&cu_device, i));
264         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_get_name(gpu_name, sizeof(gpu_name), cu_device));
265         check_cuda_errors(dl_fn->cu_device_compute_capability(&smmajor, &smminor, cu_device));
266
267         smver = (smmajor << 4) | smminor;
268
269         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");
270
271         if (smver >= target_smver)
272             dl_fn->nvenc_devices[dl_fn->nvenc_device_count++] = cu_device;
273     }
274
275     if (!dl_fn->nvenc_device_count) {
276         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No NVENC capable devices found\n");
277         goto error;
278     }
279
280     return 1;
281
282 error:
283
284     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
285
286     return 0;
287 }
288
289 static av_cold int nvenc_dyload_nvenc(AVCodecContext *avctx)
290 {
291     PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvEncodeAPICreateInstance = 0;
292     NVENCSTATUS nvstatus;
293
294     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
295     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
296
297     if (!nvenc_check_cuda(avctx))
298         return 0;
299
300     if (dl_fn->nvenc_lib)
301         return 1;
302
303 #if defined(_WIN32)
304     if (sizeof(void*) == 8) {
305         dl_fn->nvenc_lib = LoadLibrary(TEXT("nvEncodeAPI64.dll"));
306     } else {
307         dl_fn->nvenc_lib = LoadLibrary(TEXT("nvEncodeAPI.dll"));
308     }
309 #else
310     dl_fn->nvenc_lib = dlopen("libnvidia-encode.so.1", RTLD_LAZY);
311 #endif
312
313     if (!dl_fn->nvenc_lib) {
314         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed loading the nvenc library\n");
315         goto error;
316     }
317
318     nvEncodeAPICreateInstance = (PNVENCODEAPICREATEINSTANCE)LOAD_FUNC(dl_fn->nvenc_lib, "NvEncodeAPICreateInstance");
319
320     if (!nvEncodeAPICreateInstance) {
321         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed to load nvenc entrypoint\n");
322         goto error;
323     }
324
325     dl_fn->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
326
327     nvstatus = nvEncodeAPICreateInstance(&dl_fn->nvenc_funcs);
328
329     if (nvstatus != NV_ENC_SUCCESS) {
330         nvenc_print_error(avctx, nvstatus, "Failed to create nvenc instance");
331         goto error;
332     }
333
334     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc initialized successfully\n");
335
336     return 1;
337
338 error:
339     if (dl_fn->nvenc_lib)
340         DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
341
342     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
343
344     return 0;
345 }
346
347 static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
348 {
349     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
350     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
351
352     CUresult cu_res;
353     CUcontext cu_context_curr;
354
355     switch (avctx->codec->id) {
356     case AV_CODEC_ID_H264:
357         ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
358         break;
359     case AV_CODEC_ID_HEVC:
360         ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
361         break;
362     default:
363         return AVERROR_BUG;
364     }
365
366     ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
367
368 #if CONFIG_CUDA
369     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
370         AVHWFramesContext *frames_ctx;
371         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
372
373         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
374             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
375             return AVERROR(EINVAL);
376         }
377
378         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
379         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
380         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
381         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
382         return 0;
383     }
384 #endif
385
386     if (ctx->gpu >= dl_fn->nvenc_device_count) {
387         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->gpu, dl_fn->nvenc_device_count);
388         return AVERROR(EINVAL);
389     }
390
391     ctx->cu_context = NULL;
392     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
393
394     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
395         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed creating CUDA context for NVENC: 0x%x\n", (int)cu_res);
396         return AVERROR_EXTERNAL;
397     }
398
399     cu_res = dl_fn->cu_ctx_pop_current(&cu_context_curr);
400
401     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
402         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed popping CUDA context: 0x%x\n", (int)cu_res);
403         return AVERROR_EXTERNAL;
404     }
405
406     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
407
408     return 0;
409 }
410
411 static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
412 {
413     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
414     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
415     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
416
417     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS encode_session_params = { 0 };
418     NVENCSTATUS nv_status;
419
420     encode_session_params.version = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
421     encode_session_params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
422     encode_session_params.device = ctx->cu_context;
423     encode_session_params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
424
425     nv_status = p_nvenc->nvEncOpenEncodeSessionEx(&encode_session_params, &ctx->nvencoder);
426     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
427         ctx->nvencoder = NULL;
428         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "OpenEncodeSessionEx failed");
429     }
430
431     return 0;
432 }
433
434 typedef struct GUIDTuple {
435     const GUID guid;
436     int flags;
437 } GUIDTuple;
438
439 static void nvenc_map_preset(NvencContext *ctx)
440 {
441     GUIDTuple presets[] = {
442         { NV_ENC_PRESET_DEFAULT_GUID },
443         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_TWO_PASSES }, /* slow */
444         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* medium */
445         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* fast */
446         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID },
447         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID },
448         { NV_ENC_PRESET_BD_GUID },
449         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_DEFAULT_GUID, NVENC_LOWLATENCY },
450         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
451         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HP_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
452         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID,    NVENC_LOSSLESS },
453         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID,         NVENC_LOSSLESS },
454     };
455
456     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
457
458     ctx->init_encode_params.presetGUID = t->guid;
459     ctx->flags = t->flags;
460 }
461
462 static av_cold void set_constqp(AVCodecContext *avctx)
463 {
464     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
465     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
466
467     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
468     rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
469     rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
470     rc->constQP.qpIntra = avctx->global_quality;
471
472     avctx->qmin = -1;
473     avctx->qmax = -1;
474 }
475
476 static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
477 {
478     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
479     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
480     int qp_inter_p;
481
482     if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
483         rc->enableMinQP = 1;
484         rc->enableMaxQP = 1;
485
486         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
487         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
488         rc->minQP.qpIntra = avctx->qmin;
489
490         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
491         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
492         rc->maxQP.qpIntra = avctx->qmax;
493
494         qp_inter_p = (avctx->qmax + 3 * avctx->qmin) / 4; // biased towards Qmin
495     } else {
496         qp_inter_p = 26; // default to 26
497     }
498
499     rc->enableInitialRCQP = 1;
500     rc->initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
501
502     if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
503         rc->initialRCQP.qpIntra = av_clip(
504             qp_inter_p * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
505         rc->initialRCQP.qpInterB = av_clip(
506             qp_inter_p * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
507     } else {
508         rc->initialRCQP.qpIntra = qp_inter_p;
509         rc->initialRCQP.qpInterB = qp_inter_p;
510     }
511 }
512
513 static av_cold void set_lossless(AVCodecContext *avctx)
514 {
515     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
516     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
517
518     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
519     rc->constQP.qpInterB = 0;
520     rc->constQP.qpInterP = 0;
521     rc->constQP.qpIntra = 0;
522
523     avctx->qmin = -1;
524     avctx->qmax = -1;
525 }
526
527 static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
528 {
529     NvencContext *ctx    = avctx->priv_data;
530     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
531
532     switch (ctx->rc) {
533     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
534         if (avctx->global_quality <= 0) {
535             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
536                    "The constant quality rate-control requires "
537                    "the 'global_quality' option set.\n");
538             return;
539         }
540         set_constqp(avctx);
541         return;
542     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
543     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
544         if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
545             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
546                    "The variable bitrate rate-control requires "
547                    "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
548             set_vbr(avctx);
549             return;
550         }
551     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
552         if (avctx->qmin < 0) {
553             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
554                    "The variable bitrate rate-control requires "
555                    "the 'qmin' option set.\n");
556             set_vbr(avctx);
557             return;
558         }
559         set_vbr(avctx);
560         break;
561     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
562         break;
563     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
564     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
565         if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
566             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
567                    "The multipass rate-control requires "
568                    "a low-latency preset.\n");
569             return;
570         }
571     }
572
573     rc->rateControlMode = ctx->rc;
574 }
575
576 static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
577 {
578     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
579
580     if (avctx->bit_rate > 0) {
581         ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate = avctx->bit_rate;
582     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
583         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
584     }
585
586     if (avctx->rc_max_rate > 0)
587         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
588
589     if (ctx->rc < 0) {
590         if (ctx->flags & NVENC_ONE_PASS)
591             ctx->twopass = 0;
592         if (ctx->flags & NVENC_TWO_PASSES)
593             ctx->twopass = 1;
594
595         if (ctx->twopass < 0)
596             ctx->twopass = (ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY) != 0;
597
598         if (ctx->cbr) {
599             if (ctx->twopass) {
600                 ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY;
601             } else {
602                 ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR;
603             }
604         } else if (avctx->global_quality > 0) {
605             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
606         } else if (ctx->twopass) {
607             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
608         } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
609             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP;
610         }
611     }
612
613     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
614         set_lossless(avctx);
615     } else if (ctx->rc > 0) {
616         nvenc_override_rate_control(avctx);
617     } else {
618         ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
619         set_vbr(avctx);
620     }
621
622     if (avctx->rc_buffer_size > 0) {
623         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
624     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
625         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = 2 * ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
626     }
627 }
628
629 static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
630 {
631     NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
632     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
633     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
634     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
635
636     vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
637     vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
638     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
639     vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
640         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
641
642     vui->colourDescriptionPresentFlag =
643         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
644
645     vui->videoSignalTypePresentFlag =
646         (vui->colourDescriptionPresentFlag
647         || vui->videoFormat != 5
648         || vui->videoFullRangeFlag != 0);
649
650     h264->sliceMode = 3;
651     h264->sliceModeData = 1;
652
653     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
654     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
655     h264->outputAUD     = 1;
656
657     if (avctx->refs >= 0) {
658         /* 0 means "let the hardware decide" */
659         h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
660     }
661     if (avctx->gop_size >= 0) {
662         h264->idrPeriod = cc->gopLength;
663     }
664
665     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
666         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
667         h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
668     }
669
670     if (cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||
671         cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP ||
672         cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR) {
673         h264->adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
674         h264->fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
675     }
676
677     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
678         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
679     } else {
680         switch(ctx->profile) {
681         case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
682             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
683             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_BASELINE;
684             break;
685         case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
686             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
687             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_MAIN;
688             break;
689         case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
690             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
691             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH;
692             break;
693         case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444P:
694             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
695             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
696             break;
697         }
698     }
699
700     // force setting profile as high444p if input is AV_PIX_FMT_YUV444P
701     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
702         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
703         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
704     }
705
706     h264->chromaFormatIDC = avctx->profile == FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE ? 3 : 1;
707
708     h264->level = ctx->level;
709
710     return 0;
711 }
712
713 static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
714 {
715     NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
716     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
717     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
718     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
719
720     vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
721     vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
722     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
723     vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
724         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
725
726     vui->colourDescriptionPresentFlag =
727         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
728
729     vui->videoSignalTypePresentFlag =
730         (vui->colourDescriptionPresentFlag
731         || vui->videoFormat != 5
732         || vui->videoFullRangeFlag != 0);
733
734     hevc->sliceMode = 3;
735     hevc->sliceModeData = 1;
736
737     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
738     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
739     hevc->outputAUD     = 1;
740
741     if (avctx->refs >= 0) {
742         /* 0 means "let the hardware decide" */
743         hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
744     }
745     if (avctx->gop_size >= 0) {
746         hevc->idrPeriod = cc->gopLength;
747     }
748
749     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
750         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
751         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
752     }
753
754     /* No other profile is supported in the current SDK version 5 */
755     cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
756     avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
757
758     hevc->level = ctx->level;
759
760     hevc->tier = ctx->tier;
761
762     return 0;
763 }
764
765 static av_cold int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
766 {
767     switch (avctx->codec->id) {
768     case AV_CODEC_ID_H264:
769         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
770     case AV_CODEC_ID_HEVC:
771         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
772     /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
773     }
774
775     return 0;
776 }
777
778 static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
779 {
780     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
781     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
782     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
783
784     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_config = { 0 };
785     NVENCSTATUS nv_status = NV_ENC_SUCCESS;
786     AVCPBProperties *cpb_props;
787     int res = 0;
788     int dw, dh;
789
790     ctx->last_dts = AV_NOPTS_VALUE;
791
792     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
793     ctx->init_encode_params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
794
795     ctx->init_encode_params.encodeHeight = avctx->height;
796     ctx->init_encode_params.encodeWidth = avctx->width;
797
798     ctx->init_encode_params.encodeConfig = &ctx->encode_config;
799
800     nvenc_map_preset(ctx);
801
802     preset_config.version = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
803     preset_config.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
804
805     nv_status = p_nvenc->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvencoder,
806                                                     ctx->init_encode_params.encodeGUID,
807                                                     ctx->init_encode_params.presetGUID,
808                                                     &preset_config);
809     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
810         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Cannot get the preset configuration");
811
812     memcpy(&ctx->encode_config, &preset_config.presetCfg, sizeof(ctx->encode_config));
813
814     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
815
816     if (avctx->sample_aspect_ratio.num && avctx->sample_aspect_ratio.den &&
817         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 || avctx->sample_aspect_ratio.num != 1)) {
818         av_reduce(&dw, &dh,
819                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
820                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
821                   1024 * 1024);
822         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
823         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
824     } else {
825         ctx->init_encode_params.darHeight = avctx->height;
826         ctx->init_encode_params.darWidth = avctx->width;
827     }
828
829     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
830     // playback at 704 pixel width.
831     if (avctx->width == 720 &&
832         (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
833         av_reduce(&dw, &dh,
834                   ctx->init_encode_params.darWidth * 44,
835                   ctx->init_encode_params.darHeight * 45,
836                   1024 * 1024);
837         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
838         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
839     }
840
841     ctx->init_encode_params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
842     ctx->init_encode_params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
843
844     ctx->init_encode_params.enableEncodeAsync = 0;
845     ctx->init_encode_params.enablePTD = 1;
846
847     if (avctx->gop_size > 0) {
848         if (avctx->max_b_frames >= 0) {
849             /* 0 is intra-only, 1 is I/P only, 2 is one B Frame, 3 two B frames, and so on. */
850             ctx->encode_config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
851         }
852
853         ctx->encode_config.gopLength = avctx->gop_size;
854     } else if (avctx->gop_size == 0) {
855         ctx->encode_config.frameIntervalP = 0;
856         ctx->encode_config.gopLength = 1;
857     }
858
859     /* when there're b frames, set dts offset */
860     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
861         ctx->last_dts = -2;
862
863     nvenc_setup_rate_control(avctx);
864
865     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
866         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
867     } else {
868         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
869     }
870
871     res = nvenc_setup_codec_config(avctx);
872     if (res)
873         return res;
874
875     nv_status = p_nvenc->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvencoder, &ctx->init_encode_params);
876     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
877         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "InitializeEncoder failed");
878     }
879
880     if (ctx->encode_config.frameIntervalP > 1)
881         avctx->has_b_frames = 2;
882
883     if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0)
884         avctx->bit_rate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
885
886     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
887     if (!cpb_props)
888         return AVERROR(ENOMEM);
889     cpb_props->max_bitrate = ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate;
890     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
891     cpb_props->buffer_size = ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize;
892
893     return 0;
894 }
895
896 static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
897 {
898     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
899     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
900     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
901
902     NVENCSTATUS nv_status;
903     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER allocOut = { 0 };
904     allocOut.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
905
906     switch (ctx->data_pix_fmt) {
907     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
908         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
909         break;
910
911     case AV_PIX_FMT_NV12:
912         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
913         break;
914
915     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
916         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
917         break;
918
919     default:
920         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
921         return AVERROR(EINVAL);
922     }
923
924     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
925         ctx->surfaces[idx].in_ref = av_frame_alloc();
926         if (!ctx->surfaces[idx].in_ref)
927             return AVERROR(ENOMEM);
928     } else {
929         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER allocSurf = { 0 };
930         allocSurf.version = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
931         allocSurf.width = (avctx->width + 31) & ~31;
932         allocSurf.height = (avctx->height + 31) & ~31;
933         allocSurf.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
934         allocSurf.bufferFmt = ctx->surfaces[idx].format;
935
936         nv_status = p_nvenc->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvencoder, &allocSurf);
937         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
938             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateInputBuffer failed");
939         }
940
941         ctx->surfaces[idx].input_surface = allocSurf.inputBuffer;
942         ctx->surfaces[idx].width = allocSurf.width;
943         ctx->surfaces[idx].height = allocSurf.height;
944     }
945
946     ctx->surfaces[idx].lockCount = 0;
947
948     /* 1MB is large enough to hold most output frames. NVENC increases this automaticaly if it's not enough. */
949     allocOut.size = 1024 * 1024;
950
951     allocOut.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
952
953     nv_status = p_nvenc->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, &allocOut);
954     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
955         int err = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateBitstreamBuffer failed");
956         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
957             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[idx].input_surface);
958         av_frame_free(&ctx->surfaces[idx].in_ref);
959         return err;
960     }
961
962     ctx->surfaces[idx].output_surface = allocOut.bitstreamBuffer;
963     ctx->surfaces[idx].size = allocOut.size;
964
965     return 0;
966 }
967
968 static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
969 {
970     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
971     int i, res;
972     int num_mbs = ((avctx->width + 15) >> 4) * ((avctx->height + 15) >> 4);
973     ctx->nb_surfaces = FFMAX((num_mbs >= 8160) ? 32 : 48,
974                              ctx->nb_surfaces);
975     ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
976
977
978     ctx->surfaces = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->surfaces));
979     if (!ctx->surfaces)
980         return AVERROR(ENOMEM);
981
982     ctx->timestamp_list = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
983     if (!ctx->timestamp_list)
984         return AVERROR(ENOMEM);
985     ctx->output_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
986     if (!ctx->output_surface_queue)
987         return AVERROR(ENOMEM);
988     ctx->output_surface_ready_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
989     if (!ctx->output_surface_ready_queue)
990         return AVERROR(ENOMEM);
991
992     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
993         if ((res = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
994             return res;
995     }
996
997     return 0;
998 }
999
1000 static av_cold int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
1001 {
1002     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1003     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1004     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1005
1006     NVENCSTATUS nv_status;
1007     uint32_t outSize = 0;
1008     char tmpHeader[256];
1009     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1010     payload.version = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1011
1012     payload.spsppsBuffer = tmpHeader;
1013     payload.inBufferSize = sizeof(tmpHeader);
1014     payload.outSPSPPSPayloadSize = &outSize;
1015
1016     nv_status = p_nvenc->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvencoder, &payload);
1017     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1018         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "GetSequenceParams failed");
1019     }
1020
1021     avctx->extradata_size = outSize;
1022     avctx->extradata = av_mallocz(outSize + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1023
1024     if (!avctx->extradata) {
1025         return AVERROR(ENOMEM);
1026     }
1027
1028     memcpy(avctx->extradata, tmpHeader, outSize);
1029
1030     return 0;
1031 }
1032
1033 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1034 {
1035     NvencContext *ctx               = avctx->priv_data;
1036     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1037     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1038     int i;
1039
1040     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
1041     if (ctx->nvencoder) {
1042         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
1043                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
1044
1045         p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &params);
1046     }
1047
1048     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1049     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1050     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1051
1052     if (ctx->surfaces && avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1053         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
1054             if (ctx->surfaces[i].input_surface) {
1055                  p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].in_map.mappedResource);
1056             }
1057         }
1058         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1059             if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1060                 p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
1061         }
1062         ctx->nb_registered_frames = 0;
1063     }
1064
1065     if (ctx->surfaces) {
1066         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
1067             if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1068                 p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1069             av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1070             p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1071         }
1072     }
1073     av_freep(&ctx->surfaces);
1074     ctx->nb_surfaces = 0;
1075
1076     if (ctx->nvencoder)
1077         p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1078     ctx->nvencoder = NULL;
1079
1080     if (ctx->cu_context_internal)
1081         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1082     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1083
1084     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
1085     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
1086
1087     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
1088
1089 #if !CONFIG_CUDA
1090     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
1091     dl_fn->cuda_lib = NULL;
1092 #endif
1093
1094     dl_fn->cu_init = NULL;
1095     dl_fn->cu_device_get_count = NULL;
1096     dl_fn->cu_device_get = NULL;
1097     dl_fn->cu_device_get_name = NULL;
1098     dl_fn->cu_device_compute_capability = NULL;
1099     dl_fn->cu_ctx_create = NULL;
1100     dl_fn->cu_ctx_pop_current = NULL;
1101     dl_fn->cu_ctx_destroy = NULL;
1102
1103     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
1104
1105     return 0;
1106 }
1107
1108 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1109 {
1110     int res;
1111
1112     if (!nvenc_dyload_nvenc(avctx))
1113         return AVERROR_EXTERNAL;
1114
1115     if ((res = nvenc_setup_device(avctx)) < 0)
1116         return res;
1117
1118     if ((res = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
1119         return res;
1120
1121     if ((res = nvenc_setup_encoder(avctx)) < 0)
1122         return res;
1123
1124     if ((res = nvenc_setup_surfaces(avctx)) < 0)
1125         return res;
1126
1127     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1128         if ((res = nvenc_setup_extradata(avctx)) < 0)
1129             return res;
1130     }
1131
1132     return 0;
1133 }
1134
1135 static NvencSurface *get_free_frame(NvencContext *ctx)
1136 {
1137     int i;
1138
1139     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
1140         if (!ctx->surfaces[i].lockCount) {
1141             ctx->surfaces[i].lockCount = 1;
1142             return &ctx->surfaces[i];
1143         }
1144     }
1145
1146     return NULL;
1147 }
1148
1149 static int nvenc_copy_frame(AVCodecContext *avctx, NvencSurface *inSurf,
1150             NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lockBufferParams, const AVFrame *frame)
1151 {
1152     uint8_t *buf = lockBufferParams->bufferDataPtr;
1153     int off = inSurf->height * lockBufferParams->pitch;
1154
1155     if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P) {
1156         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1157             frame->data[0], frame->linesize[0],
1158             avctx->width, avctx->height);
1159
1160         buf += off;
1161
1162         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1163             frame->data[2], frame->linesize[2],
1164             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1165
1166         buf += off >> 2;
1167
1168         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1169             frame->data[1], frame->linesize[1],
1170             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1171     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_NV12) {
1172         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1173             frame->data[0], frame->linesize[0],
1174             avctx->width, avctx->height);
1175
1176         buf += off;
1177
1178         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1179             frame->data[1], frame->linesize[1],
1180             avctx->width, avctx->height >> 1);
1181     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
1182         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1183             frame->data[0], frame->linesize[0],
1184             avctx->width, avctx->height);
1185
1186         buf += off;
1187
1188         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1189             frame->data[1], frame->linesize[1],
1190             avctx->width, avctx->height);
1191
1192         buf += off;
1193
1194         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1195             frame->data[2], frame->linesize[2],
1196             avctx->width, avctx->height);
1197     } else {
1198         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid pixel format!\n");
1199         return AVERROR(EINVAL);
1200     }
1201
1202     return 0;
1203 }
1204
1205 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1206 {
1207     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1208     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1209     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1210
1211     int i;
1212
1213     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1214         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1215             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1216                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1217                     p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder,
1218                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1219                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1220                 }
1221                 return i;
1222             }
1223         }
1224     } else {
1225         return ctx->nb_registered_frames++;
1226     }
1227
1228     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1229     return AVERROR(ENOMEM);
1230 }
1231
1232 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1233 {
1234     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1235     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1236     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1237
1238     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1239     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1240     int i, idx, ret;
1241
1242     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1243         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1244             return i;
1245     }
1246
1247     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1248     if (idx < 0)
1249         return idx;
1250
1251     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1252     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1253     reg.width              = frames_ctx->width;
1254     reg.height             = frames_ctx->height;
1255     reg.bufferFormat       = ctx->surfaces[0].format;
1256     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1257     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1258
1259     ret = p_nvenc->nvEncRegisterResource(ctx->nvencoder, &reg);
1260     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1261         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1262         return AVERROR_UNKNOWN;
1263     }
1264
1265     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1266     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1267     return idx;
1268 }
1269
1270 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1271                                       NvencSurface *nvenc_frame)
1272 {
1273     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1274     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1275     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1276
1277     int res;
1278     NVENCSTATUS nv_status;
1279
1280     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1281         int reg_idx = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1282         if (reg_idx < 0) {
1283             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1284             return reg_idx;
1285         }
1286
1287         res = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1288         if (res < 0)
1289             return res;
1290
1291         nvenc_frame->in_map.version = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1292         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1293         nv_status = p_nvenc->nvEncMapInputResource(ctx->nvencoder, &nvenc_frame->in_map);
1294         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1295             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1296             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Error mapping an input resource");
1297         }
1298
1299         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1300         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1301         nvenc_frame->input_surface             = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1302         return 0;
1303     } else {
1304         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER lockBufferParams = { 0 };
1305
1306         lockBufferParams.version = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1307         lockBufferParams.inputBuffer = nvenc_frame->input_surface;
1308
1309         nv_status = p_nvenc->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvencoder, &lockBufferParams);
1310         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1311             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking nvenc input buffer");
1312         }
1313
1314         res = nvenc_copy_frame(avctx, nvenc_frame, &lockBufferParams, frame);
1315
1316         nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvencoder, nvenc_frame->input_surface);
1317         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1318             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking input buffer!");
1319         }
1320
1321         return res;
1322     }
1323 }
1324
1325 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1326                                                     NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1327 {
1328     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1329
1330     switch (avctx->codec->id) {
1331     case AV_CODEC_ID_H264:
1332       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1333       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1334       break;
1335     case AV_CODEC_ID_H265:
1336       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1337       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1338       break;
1339     }
1340 }
1341
1342 static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSurface *tmpoutsurf)
1343 {
1344     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1345     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1346     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1347
1348     uint32_t slice_mode_data;
1349     uint32_t *slice_offsets;
1350     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM lock_params = { 0 };
1351     NVENCSTATUS nv_status;
1352     int res = 0;
1353
1354     enum AVPictureType pict_type;
1355
1356     switch (avctx->codec->id) {
1357     case AV_CODEC_ID_H264:
1358       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1359       break;
1360     case AV_CODEC_ID_H265:
1361       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1362       break;
1363     default:
1364       av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown codec name\n");
1365       res = AVERROR(EINVAL);
1366       goto error;
1367     }
1368     slice_offsets = av_mallocz(slice_mode_data * sizeof(*slice_offsets));
1369
1370     if (!slice_offsets)
1371         return AVERROR(ENOMEM);
1372
1373     lock_params.version = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1374
1375     lock_params.doNotWait = 0;
1376     lock_params.outputBitstream = tmpoutsurf->output_surface;
1377     lock_params.sliceOffsets = slice_offsets;
1378
1379     nv_status = p_nvenc->nvEncLockBitstream(ctx->nvencoder, &lock_params);
1380     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1381         res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking bitstream buffer");
1382         goto error;
1383     }
1384
1385     if (res = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, lock_params.bitstreamSizeInBytes,0)) {
1386         p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1387         goto error;
1388     }
1389
1390     memcpy(pkt->data, lock_params.bitstreamBufferPtr, lock_params.bitstreamSizeInBytes);
1391
1392     nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1393     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
1394         nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking bitstream buffer, expect the gates of mordor to open");
1395
1396
1397     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1398         p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->in_map.mappedResource);
1399         av_frame_unref(tmpoutsurf->in_ref);
1400         ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped = 0;
1401
1402         tmpoutsurf->input_surface = NULL;
1403     }
1404
1405     switch (lock_params.pictureType) {
1406     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1407         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1408     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1409         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1410         break;
1411     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1412         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1413         break;
1414     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1415         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1416         break;
1417     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1418         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1419         break;
1420     default:
1421         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown picture type encountered, expect the output to be broken.\n");
1422         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Please report this error and include as much information on how to reproduce it as possible.\n");
1423         res = AVERROR_EXTERNAL;
1424         goto error;
1425     }
1426
1427 #if FF_API_CODED_FRAME
1428 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1429     avctx->coded_frame->pict_type = pict_type;
1430 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1431 #endif
1432
1433     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt,
1434         (lock_params.frameAvgQP - 1) * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, pict_type);
1435
1436     pkt->pts = lock_params.outputTimeStamp;
1437     pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1438
1439     /* when there're b frame(s), set dts offset */
1440     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
1441         pkt->dts -= 1;
1442
1443     if (pkt->dts > pkt->pts)
1444         pkt->dts = pkt->pts;
1445
1446     if (ctx->last_dts != AV_NOPTS_VALUE && pkt->dts <= ctx->last_dts)
1447         pkt->dts = ctx->last_dts + 1;
1448
1449     ctx->last_dts = pkt->dts;
1450
1451     av_free(slice_offsets);
1452
1453     return 0;
1454
1455 error:
1456
1457     av_free(slice_offsets);
1458     timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1459
1460     return res;
1461 }
1462
1463 static int output_ready(NvencContext *ctx, int flush)
1464 {
1465     int nb_ready, nb_pending;
1466
1467     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->output_surface_ready_queue)   / sizeof(NvencSurface*);
1468     nb_pending = av_fifo_size(ctx->output_surface_queue)         / sizeof(NvencSurface*);
1469     return nb_ready > 0 && (flush || nb_ready + nb_pending >= ctx->async_depth);
1470 }
1471
1472 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1473     const AVFrame *frame, int *got_packet)
1474 {
1475     NVENCSTATUS nv_status;
1476     NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
1477     int res;
1478
1479     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1480     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1481     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1482
1483     NV_ENC_PIC_PARAMS pic_params = { 0 };
1484     pic_params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1485
1486     if (frame) {
1487         inSurf = get_free_frame(ctx);
1488         av_assert0(inSurf);
1489
1490         res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, inSurf);
1491         if (res) {
1492             inSurf->lockCount = 0;
1493             return res;
1494         }
1495
1496         pic_params.inputBuffer = inSurf->input_surface;
1497         pic_params.bufferFmt = inSurf->format;
1498         pic_params.inputWidth = avctx->width;
1499         pic_params.inputHeight = avctx->height;
1500         pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
1501         pic_params.completionEvent = 0;
1502
1503         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1504             if (frame->top_field_first) {
1505                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1506             } else {
1507                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1508             }
1509         } else {
1510             pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1511         }
1512
1513         pic_params.encodePicFlags = 0;
1514         pic_params.inputTimeStamp = frame->pts;
1515         pic_params.inputDuration = 0;
1516
1517         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
1518
1519         timestamp_queue_enqueue(ctx->timestamp_list, frame->pts);
1520     } else {
1521         pic_params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1522     }
1523
1524     nv_status = p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &pic_params);
1525
1526     if (frame && nv_status == NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1527         av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1528
1529     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS && nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1530         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "EncodePicture failed!");
1531     }
1532
1533     if (nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1534         while (av_fifo_size(ctx->output_surface_queue) > 0) {
1535             av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1536             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1537         }
1538
1539         if (frame)
1540             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1541     }
1542
1543     if (output_ready(ctx, !frame)) {
1544         av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1545
1546         res = process_output_surface(avctx, pkt, tmpoutsurf);
1547
1548         if (res)
1549             return res;
1550
1551         av_assert0(tmpoutsurf->lockCount);
1552         tmpoutsurf->lockCount--;
1553
1554         *got_packet = 1;
1555     } else {
1556         *got_packet = 0;
1557     }
1558
1559     return 0;
1560 }