avcodec/nvenc: add rate control option
[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 void nvenc_unload_nvenc(AVCodecContext *avctx)
348 {
349     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
350     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
351
352     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->nvenc_lib);
353     dl_fn->nvenc_lib = NULL;
354
355     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
356
357 #if !CONFIG_CUDA
358     DL_CLOSE_FUNC(dl_fn->cuda_lib);
359     dl_fn->cuda_lib = NULL;
360 #endif
361
362     dl_fn->cu_init = NULL;
363     dl_fn->cu_device_get_count = NULL;
364     dl_fn->cu_device_get = NULL;
365     dl_fn->cu_device_get_name = NULL;
366     dl_fn->cu_device_compute_capability = NULL;
367     dl_fn->cu_ctx_create = NULL;
368     dl_fn->cu_ctx_pop_current = NULL;
369     dl_fn->cu_ctx_destroy = NULL;
370
371     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
372 }
373
374 static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
375 {
376     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
377     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
378
379     CUresult cu_res;
380     CUcontext cu_context_curr;
381
382     switch (avctx->codec->id) {
383     case AV_CODEC_ID_H264:
384         ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
385         break;
386     case AV_CODEC_ID_HEVC:
387         ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
388         break;
389     default:
390         return AVERROR_BUG;
391     }
392
393     ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
394
395 #if CONFIG_CUDA
396     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
397         AVHWFramesContext *frames_ctx;
398         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
399
400         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
401             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
402             return AVERROR(EINVAL);
403         }
404
405         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
406         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
407         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
408         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
409         return 0;
410     }
411 #endif
412
413     if (ctx->gpu >= dl_fn->nvenc_device_count) {
414         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->gpu, dl_fn->nvenc_device_count);
415         return AVERROR(EINVAL);
416     }
417
418     ctx->cu_context = NULL;
419     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
420
421     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
422         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed creating CUDA context for NVENC: 0x%x\n", (int)cu_res);
423         return AVERROR_EXTERNAL;
424     }
425
426     cu_res = dl_fn->cu_ctx_pop_current(&cu_context_curr);
427
428     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
429         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed popping CUDA context: 0x%x\n", (int)cu_res);
430         return AVERROR_EXTERNAL;
431     }
432
433     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
434
435     return 0;
436 }
437
438 static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
439 {
440     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
441     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
442     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
443
444     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS encode_session_params = { 0 };
445     NVENCSTATUS nv_status;
446
447     encode_session_params.version = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
448     encode_session_params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
449     encode_session_params.device = ctx->cu_context;
450     encode_session_params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
451
452     nv_status = p_nvenc->nvEncOpenEncodeSessionEx(&encode_session_params, &ctx->nvencoder);
453     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
454         ctx->nvencoder = NULL;
455         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "OpenEncodeSessionEx failed");
456     }
457
458     return 0;
459 }
460
461 typedef struct GUIDTuple {
462     const GUID guid;
463     int flags;
464 } GUIDTuple;
465
466 static void nvenc_map_preset(NvencContext *ctx)
467 {
468     GUIDTuple presets[] = {
469         { NV_ENC_PRESET_DEFAULT_GUID },
470         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_TWO_PASSES }, /* slow */
471         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* medium */
472         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* fast */
473         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID },
474         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID },
475         { NV_ENC_PRESET_BD_GUID },
476         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_DEFAULT_GUID, NVENC_LOWLATENCY },
477         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
478         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HP_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
479         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID,    NVENC_LOSSLESS },
480         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID,         NVENC_LOSSLESS },
481     };
482
483     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
484
485     ctx->init_encode_params.presetGUID = t->guid;
486     ctx->flags = t->flags;
487 }
488
489 static av_cold void set_constqp(AVCodecContext *avctx)
490 {
491     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
492     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
493
494     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
495     rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
496     rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
497     rc->constQP.qpIntra = avctx->global_quality;
498
499     avctx->qmin = -1;
500     avctx->qmax = -1;
501 }
502
503 static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
504 {
505     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
506     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
507     int qp_inter_p;
508
509     if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
510         rc->enableMinQP = 1;
511         rc->enableMaxQP = 1;
512
513         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
514         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
515         rc->minQP.qpIntra = avctx->qmin;
516
517         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
518         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
519         rc->maxQP.qpIntra = avctx->qmax;
520
521         qp_inter_p = (avctx->qmax + 3 * avctx->qmin) / 4; // biased towards Qmin
522     } else {
523         qp_inter_p = 26; // default to 26
524     }
525
526     rc->enableInitialRCQP = 1;
527     rc->initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
528
529     if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
530         rc->initialRCQP.qpIntra = av_clip(
531             qp_inter_p * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
532         rc->initialRCQP.qpInterB = av_clip(
533             qp_inter_p * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
534     } else {
535         rc->initialRCQP.qpIntra = qp_inter_p;
536         rc->initialRCQP.qpInterB = qp_inter_p;
537     }
538 }
539
540 static av_cold void set_lossless(AVCodecContext *avctx)
541 {
542     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
543     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
544
545     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
546     rc->constQP.qpInterB = 0;
547     rc->constQP.qpInterP = 0;
548     rc->constQP.qpIntra = 0;
549
550     avctx->qmin = -1;
551     avctx->qmax = -1;
552 }
553
554 static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
555 {
556     NvencContext *ctx    = avctx->priv_data;
557     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
558
559     switch (ctx->rc) {
560     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
561         if (avctx->global_quality <= 0) {
562             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
563                    "The constant quality rate-control requires "
564                    "the 'global_quality' option set.\n");
565             return;
566         }
567         set_constqp(avctx);
568         return;
569     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
570     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
571         if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
572             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
573                    "The variable bitrate rate-control requires "
574                    "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
575             set_vbr(avctx);
576             return;
577         }
578     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
579         if (avctx->qmin < 0) {
580             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
581                    "The variable bitrate rate-control requires "
582                    "the 'qmin' option set.\n");
583             set_vbr(avctx);
584             return;
585         }
586         set_vbr(avctx);
587         break;
588     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
589         break;
590     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
591     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
592         if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
593             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
594                    "The multipass rate-control requires "
595                    "a low-latency preset.\n");
596             return;
597         }
598     }
599
600     rc->rateControlMode = ctx->rc;
601 }
602
603 static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
604 {
605     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
606
607     if (avctx->bit_rate > 0) {
608         ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate = avctx->bit_rate;
609     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
610         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
611     }
612
613     if (avctx->rc_max_rate > 0)
614         ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
615
616     if (ctx->rc < 0) {
617         if (ctx->flags & NVENC_ONE_PASS)
618             ctx->twopass = 0;
619         if (ctx->flags & NVENC_TWO_PASSES)
620             ctx->twopass = 1;
621
622         if (ctx->twopass < 0)
623             ctx->twopass = (ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY) != 0;
624
625         if (ctx->cbr) {
626             if (ctx->twopass) {
627                 ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY;
628             } else {
629                 ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR;
630             }
631         } else if (avctx->global_quality > 0) {
632             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
633         } else if (ctx->twopass) {
634             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
635         } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
636             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP;
637         }
638     }
639
640     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
641         set_lossless(avctx);
642     } else if (ctx->rc > 0) {
643         nvenc_override_rate_control(avctx);
644     } else {
645         ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
646         set_vbr(avctx);
647     }
648
649     if (avctx->rc_buffer_size > 0) {
650         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
651     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
652         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = 2 * ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
653     }
654 }
655
656 static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
657 {
658     NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
659     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
660     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
661     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
662
663     vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
664     vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
665     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
666     vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
667         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
668
669     vui->colourDescriptionPresentFlag =
670         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
671
672     vui->videoSignalTypePresentFlag =
673         (vui->colourDescriptionPresentFlag
674         || vui->videoFormat != 5
675         || vui->videoFullRangeFlag != 0);
676
677     h264->sliceMode = 3;
678     h264->sliceModeData = 1;
679
680     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
681     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
682     h264->outputAUD     = 1;
683
684     if (avctx->refs >= 0) {
685         /* 0 means "let the hardware decide" */
686         h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
687     }
688     if (avctx->gop_size >= 0) {
689         h264->idrPeriod = cc->gopLength;
690     }
691
692     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
693         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
694         h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
695     }
696
697     if (cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||
698         cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP ||
699         cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR) {
700         h264->adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
701         h264->fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
702     }
703
704     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
705         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
706     } else {
707         switch(ctx->profile) {
708         case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
709             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
710             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_BASELINE;
711             break;
712         case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
713             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
714             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_MAIN;
715             break;
716         case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
717             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
718             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH;
719             break;
720         case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444P:
721             cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
722             avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
723             break;
724         }
725     }
726
727     // force setting profile as high444p if input is AV_PIX_FMT_YUV444P
728     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
729         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
730         avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
731     }
732
733     h264->chromaFormatIDC = avctx->profile == FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE ? 3 : 1;
734
735     h264->level = ctx->level;
736
737     return 0;
738 }
739
740 static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
741 {
742     NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
743     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
744     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
745     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
746
747     vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
748     vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
749     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
750     vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
751         || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
752
753     vui->colourDescriptionPresentFlag =
754         (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
755
756     vui->videoSignalTypePresentFlag =
757         (vui->colourDescriptionPresentFlag
758         || vui->videoFormat != 5
759         || vui->videoFullRangeFlag != 0);
760
761     hevc->sliceMode = 3;
762     hevc->sliceModeData = 1;
763
764     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
765     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
766     hevc->outputAUD     = 1;
767
768     if (avctx->refs >= 0) {
769         /* 0 means "let the hardware decide" */
770         hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
771     }
772     if (avctx->gop_size >= 0) {
773         hevc->idrPeriod = cc->gopLength;
774     }
775
776     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
777         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
778         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
779     }
780
781     /* No other profile is supported in the current SDK version 5 */
782     cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
783     avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
784
785     hevc->level = ctx->level;
786
787     hevc->tier = ctx->tier;
788
789     return 0;
790 }
791
792 static av_cold int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
793 {
794     switch (avctx->codec->id) {
795     case AV_CODEC_ID_H264:
796         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
797     case AV_CODEC_ID_HEVC:
798         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
799     /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
800     }
801
802     return 0;
803 }
804
805 static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
806 {
807     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
808     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
809     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
810
811     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_config = { 0 };
812     NVENCSTATUS nv_status = NV_ENC_SUCCESS;
813     AVCPBProperties *cpb_props;
814     int num_mbs;
815     int res = 0;
816     int dw, dh;
817
818     ctx->last_dts = AV_NOPTS_VALUE;
819
820     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
821     ctx->init_encode_params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
822
823     ctx->init_encode_params.encodeHeight = avctx->height;
824     ctx->init_encode_params.encodeWidth = avctx->width;
825
826     ctx->init_encode_params.encodeConfig = &ctx->encode_config;
827
828     nvenc_map_preset(ctx);
829
830     preset_config.version = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
831     preset_config.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
832
833     nv_status = p_nvenc->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvencoder,
834                                                     ctx->init_encode_params.encodeGUID,
835                                                     ctx->init_encode_params.presetGUID,
836                                                     &preset_config);
837     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
838         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Cannot get the preset configuration");
839
840     memcpy(&ctx->encode_config, &preset_config.presetCfg, sizeof(ctx->encode_config));
841
842     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
843
844     if (avctx->sample_aspect_ratio.num && avctx->sample_aspect_ratio.den &&
845         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 || avctx->sample_aspect_ratio.num != 1)) {
846         av_reduce(&dw, &dh,
847                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
848                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
849                   1024 * 1024);
850         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
851         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
852     } else {
853         ctx->init_encode_params.darHeight = avctx->height;
854         ctx->init_encode_params.darWidth = avctx->width;
855     }
856
857     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
858     // playback at 704 pixel width.
859     if (avctx->width == 720 &&
860         (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
861         av_reduce(&dw, &dh,
862                   ctx->init_encode_params.darWidth * 44,
863                   ctx->init_encode_params.darHeight * 45,
864                   1024 * 1024);
865         ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
866         ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
867     }
868
869     ctx->init_encode_params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
870     ctx->init_encode_params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
871
872     num_mbs = ((avctx->width + 15) >> 4) * ((avctx->height + 15) >> 4);
873     ctx->max_surface_count = (num_mbs >= 8160) ? 32 : 48;
874
875     if (ctx->buffer_delay >= ctx->max_surface_count)
876         ctx->buffer_delay = ctx->max_surface_count - 1;
877
878     ctx->init_encode_params.enableEncodeAsync = 0;
879     ctx->init_encode_params.enablePTD = 1;
880
881     if (avctx->gop_size > 0) {
882         if (avctx->max_b_frames >= 0) {
883             /* 0 is intra-only, 1 is I/P only, 2 is one B Frame, 3 two B frames, and so on. */
884             ctx->encode_config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
885         }
886
887         ctx->encode_config.gopLength = avctx->gop_size;
888     } else if (avctx->gop_size == 0) {
889         ctx->encode_config.frameIntervalP = 0;
890         ctx->encode_config.gopLength = 1;
891     }
892
893     /* when there're b frames, set dts offset */
894     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
895         ctx->last_dts = -2;
896
897     nvenc_setup_rate_control(avctx);
898
899     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
900         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
901     } else {
902         ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
903     }
904
905     res = nvenc_setup_codec_config(avctx);
906     if (res)
907         return res;
908
909     nv_status = p_nvenc->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvencoder, &ctx->init_encode_params);
910     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
911         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "InitializeEncoder failed");
912     }
913
914     if (ctx->encode_config.frameIntervalP > 1)
915         avctx->has_b_frames = 2;
916
917     if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0)
918         avctx->bit_rate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
919
920     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
921     if (!cpb_props)
922         return AVERROR(ENOMEM);
923     cpb_props->max_bitrate = ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate;
924     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
925     cpb_props->buffer_size = ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize;
926
927     return 0;
928 }
929
930 static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
931 {
932     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
933     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
934     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
935
936     NVENCSTATUS nv_status;
937     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER allocOut = { 0 };
938     allocOut.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
939
940     switch (ctx->data_pix_fmt) {
941     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
942         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
943         break;
944
945     case AV_PIX_FMT_NV12:
946         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
947         break;
948
949     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
950         ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
951         break;
952
953     default:
954         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
955         return AVERROR(EINVAL);
956     }
957
958     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
959         ctx->surfaces[idx].in_ref = av_frame_alloc();
960         if (!ctx->surfaces[idx].in_ref)
961             return AVERROR(ENOMEM);
962     } else {
963         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER allocSurf = { 0 };
964         allocSurf.version = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
965         allocSurf.width = (avctx->width + 31) & ~31;
966         allocSurf.height = (avctx->height + 31) & ~31;
967         allocSurf.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
968         allocSurf.bufferFmt = ctx->surfaces[idx].format;
969
970         nv_status = p_nvenc->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvencoder, &allocSurf);
971         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
972             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateInputBuffer failed");
973         }
974
975         ctx->surfaces[idx].input_surface = allocSurf.inputBuffer;
976         ctx->surfaces[idx].width = allocSurf.width;
977         ctx->surfaces[idx].height = allocSurf.height;
978     }
979
980     ctx->surfaces[idx].lockCount = 0;
981
982     /* 1MB is large enough to hold most output frames. NVENC increases this automaticaly if it's not enough. */
983     allocOut.size = 1024 * 1024;
984
985     allocOut.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
986
987     nv_status = p_nvenc->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, &allocOut);
988     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
989         int err = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateBitstreamBuffer failed");
990         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
991             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[idx].input_surface);
992         av_frame_free(&ctx->surfaces[idx].in_ref);
993         return err;
994     }
995
996     ctx->surfaces[idx].output_surface = allocOut.bitstreamBuffer;
997     ctx->surfaces[idx].size = allocOut.size;
998
999     return 0;
1000 }
1001
1002 static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx, int* surfaceCount)
1003 {
1004     int res;
1005     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1006
1007     ctx->surfaces = av_malloc(ctx->max_surface_count * sizeof(*ctx->surfaces));
1008
1009     if (!ctx->surfaces) {
1010         return AVERROR(ENOMEM);
1011     }
1012
1013     ctx->timestamp_list = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(int64_t));
1014     if (!ctx->timestamp_list)
1015         return AVERROR(ENOMEM);
1016     ctx->output_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(NvencSurface*));
1017     if (!ctx->output_surface_queue)
1018         return AVERROR(ENOMEM);
1019     ctx->output_surface_ready_queue = av_fifo_alloc(ctx->max_surface_count * sizeof(NvencSurface*));
1020     if (!ctx->output_surface_ready_queue)
1021         return AVERROR(ENOMEM);
1022
1023     for (*surfaceCount = 0; *surfaceCount < ctx->max_surface_count; ++*surfaceCount) {
1024         res = nvenc_alloc_surface(avctx, *surfaceCount);
1025         if (res)
1026             return res;
1027     }
1028
1029     return 0;
1030 }
1031
1032 static av_cold int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
1033 {
1034     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1035     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1036     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1037
1038     NVENCSTATUS nv_status;
1039     uint32_t outSize = 0;
1040     char tmpHeader[256];
1041     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
1042     payload.version = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
1043
1044     payload.spsppsBuffer = tmpHeader;
1045     payload.inBufferSize = sizeof(tmpHeader);
1046     payload.outSPSPPSPayloadSize = &outSize;
1047
1048     nv_status = p_nvenc->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvencoder, &payload);
1049     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1050         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "GetSequenceParams failed");
1051     }
1052
1053     avctx->extradata_size = outSize;
1054     avctx->extradata = av_mallocz(outSize + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
1055
1056     if (!avctx->extradata) {
1057         return AVERROR(ENOMEM);
1058     }
1059
1060     memcpy(avctx->extradata, tmpHeader, outSize);
1061
1062     return 0;
1063 }
1064
1065 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
1066 {
1067     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1068     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1069     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1070
1071     int res;
1072     int i;
1073     int surfaceCount = 0;
1074
1075     if (!nvenc_dyload_nvenc(avctx))
1076         return AVERROR_EXTERNAL;
1077
1078     res = nvenc_setup_device(avctx);
1079     if (res)
1080         goto error;
1081
1082     res = nvenc_open_session(avctx);
1083     if (res)
1084         goto error;
1085
1086     res = nvenc_setup_encoder(avctx);
1087     if (res)
1088         goto error;
1089
1090     res = nvenc_setup_surfaces(avctx, &surfaceCount);
1091     if (res)
1092         goto error;
1093
1094     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1095         res = nvenc_setup_extradata(avctx);
1096         if (res)
1097             goto error;
1098     }
1099
1100     return 0;
1101
1102 error:
1103     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1104     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1105     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1106
1107     for (i = 0; i < surfaceCount; ++i) {
1108         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1109             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1110         av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1111         p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1112     }
1113     av_freep(&ctx->surfaces);
1114
1115     if (ctx->nvencoder)
1116         p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1117     ctx->nvencoder = NULL;
1118
1119     if (ctx->cu_context_internal)
1120         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1121     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1122
1123     nvenc_unload_nvenc(avctx);
1124
1125     return res;
1126 }
1127
1128 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
1129 {
1130     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1131     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1132     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1133     int i;
1134
1135     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
1136     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
1137     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
1138
1139     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1140         for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1141             if (ctx->surfaces[i].input_surface) {
1142                  p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].in_map.mappedResource);
1143             }
1144         }
1145         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1146             if (ctx->registered_frames[i].regptr)
1147                 p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
1148         }
1149         ctx->nb_registered_frames = 0;
1150     }
1151
1152     for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1153         if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
1154             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
1155         av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
1156         p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
1157     }
1158     av_freep(&ctx->surfaces);
1159     ctx->max_surface_count = 0;
1160
1161     p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
1162     ctx->nvencoder = NULL;
1163
1164     if (ctx->cu_context_internal)
1165         dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
1166     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
1167
1168     nvenc_unload_nvenc(avctx);
1169
1170     return 0;
1171 }
1172
1173 static NvencSurface *get_free_frame(NvencContext *ctx)
1174 {
1175     int i;
1176
1177     for (i = 0; i < ctx->max_surface_count; ++i) {
1178         if (!ctx->surfaces[i].lockCount) {
1179             ctx->surfaces[i].lockCount = 1;
1180             return &ctx->surfaces[i];
1181         }
1182     }
1183
1184     return NULL;
1185 }
1186
1187 static int nvenc_copy_frame(AVCodecContext *avctx, NvencSurface *inSurf,
1188             NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lockBufferParams, const AVFrame *frame)
1189 {
1190     uint8_t *buf = lockBufferParams->bufferDataPtr;
1191     int off = inSurf->height * lockBufferParams->pitch;
1192
1193     if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P) {
1194         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1195             frame->data[0], frame->linesize[0],
1196             avctx->width, avctx->height);
1197
1198         buf += off;
1199
1200         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1201             frame->data[2], frame->linesize[2],
1202             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1203
1204         buf += off >> 2;
1205
1206         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
1207             frame->data[1], frame->linesize[1],
1208             avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
1209     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_NV12) {
1210         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1211             frame->data[0], frame->linesize[0],
1212             avctx->width, avctx->height);
1213
1214         buf += off;
1215
1216         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1217             frame->data[1], frame->linesize[1],
1218             avctx->width, avctx->height >> 1);
1219     } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
1220         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1221             frame->data[0], frame->linesize[0],
1222             avctx->width, avctx->height);
1223
1224         buf += off;
1225
1226         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1227             frame->data[1], frame->linesize[1],
1228             avctx->width, avctx->height);
1229
1230         buf += off;
1231
1232         av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
1233             frame->data[2], frame->linesize[2],
1234             avctx->width, avctx->height);
1235     } else {
1236         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid pixel format!\n");
1237         return AVERROR(EINVAL);
1238     }
1239
1240     return 0;
1241 }
1242
1243 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1244 {
1245     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1246     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1247     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1248
1249     int i;
1250
1251     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1252         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1253             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1254                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1255                     p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder,
1256                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1257                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1258                 }
1259                 return i;
1260             }
1261         }
1262     } else {
1263         return ctx->nb_registered_frames++;
1264     }
1265
1266     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1267     return AVERROR(ENOMEM);
1268 }
1269
1270 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1271 {
1272     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1273     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1274     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1275
1276     AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1277     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1278     int i, idx, ret;
1279
1280     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1281         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1282             return i;
1283     }
1284
1285     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1286     if (idx < 0)
1287         return idx;
1288
1289     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1290     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1291     reg.width              = frames_ctx->width;
1292     reg.height             = frames_ctx->height;
1293     reg.bufferFormat       = ctx->surfaces[0].format;
1294     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1295     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1296
1297     ret = p_nvenc->nvEncRegisterResource(ctx->nvencoder, &reg);
1298     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1299         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1300         return AVERROR_UNKNOWN;
1301     }
1302
1303     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1304     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1305     return idx;
1306 }
1307
1308 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1309                                       NvencSurface *nvenc_frame)
1310 {
1311     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1312     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1313     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1314
1315     int res;
1316     NVENCSTATUS nv_status;
1317
1318     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1319         int reg_idx = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1320         if (reg_idx < 0) {
1321             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1322             return reg_idx;
1323         }
1324
1325         res = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1326         if (res < 0)
1327             return res;
1328
1329         nvenc_frame->in_map.version = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1330         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1331         nv_status = p_nvenc->nvEncMapInputResource(ctx->nvencoder, &nvenc_frame->in_map);
1332         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1333             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1334             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Error mapping an input resource");
1335         }
1336
1337         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1338         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1339         nvenc_frame->input_surface             = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1340         return 0;
1341     } else {
1342         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER lockBufferParams = { 0 };
1343
1344         lockBufferParams.version = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1345         lockBufferParams.inputBuffer = nvenc_frame->input_surface;
1346
1347         nv_status = p_nvenc->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvencoder, &lockBufferParams);
1348         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1349             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking nvenc input buffer");
1350         }
1351
1352         res = nvenc_copy_frame(avctx, nvenc_frame, &lockBufferParams, frame);
1353
1354         nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvencoder, nvenc_frame->input_surface);
1355         if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1356             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking input buffer!");
1357         }
1358
1359         return res;
1360     }
1361 }
1362
1363 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1364                                                     NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1365 {
1366     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1367
1368     switch (avctx->codec->id) {
1369     case AV_CODEC_ID_H264:
1370       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1371       params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1372       break;
1373     case AV_CODEC_ID_H265:
1374       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1375       params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1376       break;
1377     }
1378 }
1379
1380 static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSurface *tmpoutsurf)
1381 {
1382     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1383     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1384     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1385
1386     uint32_t slice_mode_data;
1387     uint32_t *slice_offsets;
1388     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM lock_params = { 0 };
1389     NVENCSTATUS nv_status;
1390     int res = 0;
1391
1392     enum AVPictureType pict_type;
1393
1394     switch (avctx->codec->id) {
1395     case AV_CODEC_ID_H264:
1396       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1397       break;
1398     case AV_CODEC_ID_H265:
1399       slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1400       break;
1401     default:
1402       av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown codec name\n");
1403       res = AVERROR(EINVAL);
1404       goto error;
1405     }
1406     slice_offsets = av_mallocz(slice_mode_data * sizeof(*slice_offsets));
1407
1408     if (!slice_offsets)
1409         return AVERROR(ENOMEM);
1410
1411     lock_params.version = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1412
1413     lock_params.doNotWait = 0;
1414     lock_params.outputBitstream = tmpoutsurf->output_surface;
1415     lock_params.sliceOffsets = slice_offsets;
1416
1417     nv_status = p_nvenc->nvEncLockBitstream(ctx->nvencoder, &lock_params);
1418     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
1419         res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking bitstream buffer");
1420         goto error;
1421     }
1422
1423     if (res = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, lock_params.bitstreamSizeInBytes,0)) {
1424         p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1425         goto error;
1426     }
1427
1428     memcpy(pkt->data, lock_params.bitstreamBufferPtr, lock_params.bitstreamSizeInBytes);
1429
1430     nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
1431     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
1432         nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking bitstream buffer, expect the gates of mordor to open");
1433
1434
1435     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1436         p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->in_map.mappedResource);
1437         av_frame_unref(tmpoutsurf->in_ref);
1438         ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped = 0;
1439
1440         tmpoutsurf->input_surface = NULL;
1441     }
1442
1443     switch (lock_params.pictureType) {
1444     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1445         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1446     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1447         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1448         break;
1449     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1450         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1451         break;
1452     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1453         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1454         break;
1455     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1456         pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1457         break;
1458     default:
1459         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown picture type encountered, expect the output to be broken.\n");
1460         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Please report this error and include as much information on how to reproduce it as possible.\n");
1461         res = AVERROR_EXTERNAL;
1462         goto error;
1463     }
1464
1465 #if FF_API_CODED_FRAME
1466 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1467     avctx->coded_frame->pict_type = pict_type;
1468 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1469 #endif
1470
1471     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt,
1472         (lock_params.frameAvgQP - 1) * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, pict_type);
1473
1474     pkt->pts = lock_params.outputTimeStamp;
1475     pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1476
1477     /* when there're b frame(s), set dts offset */
1478     if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
1479         pkt->dts -= 1;
1480
1481     if (pkt->dts > pkt->pts)
1482         pkt->dts = pkt->pts;
1483
1484     if (ctx->last_dts != AV_NOPTS_VALUE && pkt->dts <= ctx->last_dts)
1485         pkt->dts = ctx->last_dts + 1;
1486
1487     ctx->last_dts = pkt->dts;
1488
1489     av_free(slice_offsets);
1490
1491     return 0;
1492
1493 error:
1494
1495     av_free(slice_offsets);
1496     timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
1497
1498     return res;
1499 }
1500
1501 static int output_ready(NvencContext *ctx, int flush)
1502 {
1503     int nb_ready, nb_pending;
1504
1505     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->output_surface_ready_queue)   / sizeof(NvencSurface*);
1506     nb_pending = av_fifo_size(ctx->output_surface_queue)         / sizeof(NvencSurface*);
1507     return nb_ready > 0 && (flush || nb_ready + nb_pending >= ctx->buffer_delay);
1508 }
1509
1510 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1511     const AVFrame *frame, int *got_packet)
1512 {
1513     NVENCSTATUS nv_status;
1514     NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
1515     int res;
1516
1517     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
1518     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
1519     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
1520
1521     NV_ENC_PIC_PARAMS pic_params = { 0 };
1522     pic_params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1523
1524     if (frame) {
1525         inSurf = get_free_frame(ctx);
1526         av_assert0(inSurf);
1527
1528         res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, inSurf);
1529         if (res) {
1530             inSurf->lockCount = 0;
1531             return res;
1532         }
1533
1534         pic_params.inputBuffer = inSurf->input_surface;
1535         pic_params.bufferFmt = inSurf->format;
1536         pic_params.inputWidth = avctx->width;
1537         pic_params.inputHeight = avctx->height;
1538         pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
1539         pic_params.completionEvent = 0;
1540
1541         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1542             if (frame->top_field_first) {
1543                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1544             } else {
1545                 pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1546             }
1547         } else {
1548             pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1549         }
1550
1551         pic_params.encodePicFlags = 0;
1552         pic_params.inputTimeStamp = frame->pts;
1553         pic_params.inputDuration = 0;
1554
1555         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
1556
1557         timestamp_queue_enqueue(ctx->timestamp_list, frame->pts);
1558     } else {
1559         pic_params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1560     }
1561
1562     nv_status = p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &pic_params);
1563
1564     if (frame && nv_status == NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1565         av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1566
1567     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS && nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1568         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "EncodePicture failed!");
1569     }
1570
1571     if (nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT) {
1572         while (av_fifo_size(ctx->output_surface_queue) > 0) {
1573             av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1574             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1575         }
1576
1577         if (frame)
1578             av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
1579     }
1580
1581     if (output_ready(ctx, !frame)) {
1582         av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
1583
1584         res = process_output_surface(avctx, pkt, tmpoutsurf);
1585
1586         if (res)
1587             return res;
1588
1589         av_assert0(tmpoutsurf->lockCount);
1590         tmpoutsurf->lockCount--;
1591
1592         *got_packet = 1;
1593     } else {
1594         *got_packet = 0;
1595     }
1596
1597     return 0;
1598 }