qsvenc: support more RC methods
[ffmpeg.git] / libavcodec / qsvenc.c
1 /*
2  * Intel MediaSDK QSV encoder utility functions
3  *
4  * copyright (c) 2013 Yukinori Yamazoe
5  * copyright (c) 2015 Anton Khirnov
6  *
7  * This file is part of Libav.
8  *
9  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 #include <string.h>
25 #include <sys/types.h>
26 #include <mfx/mfxvideo.h>
27
28 #include "libavutil/common.h"
29 #include "libavutil/mem.h"
30 #include "libavutil/log.h"
31 #include "libavutil/time.h"
32 #include "libavutil/imgutils.h"
33
34 #include "avcodec.h"
35 #include "internal.h"
36 #include "qsv.h"
37 #include "qsv_internal.h"
38 #include "qsvenc.h"
39
40 static const struct {
41     mfxU16 profile;
42     const char *name;
43 } profile_names[] = {
44     { MFX_PROFILE_AVC_BASELINE,                 "baseline"              },
45     { MFX_PROFILE_AVC_MAIN,                     "main"                  },
46     { MFX_PROFILE_AVC_EXTENDED,                 "extended"              },
47     { MFX_PROFILE_AVC_HIGH,                     "high"                  },
48 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 15)
49     { MFX_PROFILE_AVC_HIGH_422,                 "high 422"              },
50 #endif
51 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 4)
52     { MFX_PROFILE_AVC_CONSTRAINED_BASELINE,     "constrained baseline"  },
53     { MFX_PROFILE_AVC_CONSTRAINED_HIGH,         "constrained high"      },
54     { MFX_PROFILE_AVC_PROGRESSIVE_HIGH,         "progressive high"      },
55 #endif
56     { MFX_PROFILE_MPEG2_SIMPLE,                 "simple"                },
57     { MFX_PROFILE_MPEG2_MAIN,                   "main"                  },
58     { MFX_PROFILE_MPEG2_HIGH,                   "high"                  },
59     { MFX_PROFILE_VC1_SIMPLE,                   "simple"                },
60     { MFX_PROFILE_VC1_MAIN,                     "main"                  },
61     { MFX_PROFILE_VC1_ADVANCED,                 "advanced"              },
62 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 8)
63     { MFX_PROFILE_HEVC_MAIN,                    "main"                  },
64     { MFX_PROFILE_HEVC_MAIN10,                  "main10"                },
65     { MFX_PROFILE_HEVC_MAINSP,                  "mainsp"                },
66 #endif
67 };
68
69 static const char *print_profile(mfxU16 profile)
70 {
71     int i;
72     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(profile_names); i++)
73         if (profile == profile_names[i].profile)
74             return profile_names[i].name;
75     return "unknown";
76 }
77
78 static const struct {
79     mfxU16      rc_mode;
80     const char *name;
81 } rc_names[] = {
82     { MFX_RATECONTROL_CBR,     "CBR" },
83     { MFX_RATECONTROL_VBR,     "VBR" },
84     { MFX_RATECONTROL_CQP,     "CQP" },
85     { MFX_RATECONTROL_AVBR,    "AVBR" },
86 #if QSV_HAVE_LA
87     { MFX_RATECONTROL_LA,      "LA" },
88 #endif
89 #if QSV_HAVE_ICQ
90     { MFX_RATECONTROL_ICQ,     "ICQ" },
91     { MFX_RATECONTROL_LA_ICQ,  "LA_ICQ" },
92 #endif
93 #if QSV_HAVE_VCM
94     { MFX_RATECONTROL_VCM,     "VCM" },
95 #endif
96 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 10)
97     { MFX_RATECONTROL_LA_EXT,  "LA_EXT" },
98 #endif
99 #if QSV_HAVE_LA_HRD
100     { MFX_RATECONTROL_LA_HRD,  "LA_HRD" },
101 #endif
102 #if QSV_HAVE_QVBR
103     { MFX_RATECONTROL_QVBR,    "QVBR" },
104 #endif
105 };
106
107 static const char *print_ratecontrol(mfxU16 rc_mode)
108 {
109     int i;
110     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(rc_names); i++)
111         if (rc_mode == rc_names[i].rc_mode)
112             return rc_names[i].name;
113     return "unknown";
114 }
115
116 static const char *print_threestate(mfxU16 val)
117 {
118     if (val == MFX_CODINGOPTION_ON)
119         return "ON";
120     else if (val == MFX_CODINGOPTION_OFF)
121         return "OFF";
122     return "unknown";
123 }
124
125 static void dump_video_param(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q,
126                              mfxExtBuffer **coding_opts)
127 {
128     mfxInfoMFX *info = &q->param.mfx;
129
130     mfxExtCodingOption   *co = (mfxExtCodingOption*)coding_opts[0];
131 #if QSV_HAVE_CO2
132     mfxExtCodingOption2 *co2 = (mfxExtCodingOption2*)coding_opts[1];
133 #endif
134 #if QSV_HAVE_CO3
135     mfxExtCodingOption3 *co3 = (mfxExtCodingOption3*)coding_opts[2];
136 #endif
137
138     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "profile: %s; level: %"PRIu16"\n",
139            print_profile(info->CodecProfile), info->CodecLevel);
140
141     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "GopPicSize: %"PRIu16"; GopRefDist: %"PRIu16"; GopOptFlag: ",
142            info->GopPicSize, info->GopRefDist);
143     if (info->GopOptFlag & MFX_GOP_CLOSED)
144         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "closed ");
145     if (info->GopOptFlag & MFX_GOP_STRICT)
146         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "strict ");
147     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "; IdrInterval: %"PRIu16"\n", info->IdrInterval);
148
149     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "TargetUsage: %"PRIu16"; RateControlMethod: %s\n",
150            info->TargetUsage, print_ratecontrol(info->RateControlMethod));
151
152     if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_CBR ||
153         info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_VBR
154 #if QSV_HAVE_VCM
155         || info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_VCM
156 #endif
157         ) {
158         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
159                "InitialDelayInKB: %"PRIu16"; TargetKbps: %"PRIu16"; MaxKbps: %"PRIu16"\n",
160                info->InitialDelayInKB, info->TargetKbps, info->MaxKbps);
161     } else if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_CQP) {
162         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "QPI: %"PRIu16"; QPP: %"PRIu16"; QPB: %"PRIu16"\n",
163                info->QPI, info->QPP, info->QPB);
164     } else if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_AVBR) {
165         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
166                "TargetKbps: %"PRIu16"; Accuracy: %"PRIu16"; Convergence: %"PRIu16"\n",
167                info->TargetKbps, info->Accuracy, info->Convergence);
168     }
169 #if QSV_HAVE_LA
170     else if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_LA
171 #if QSV_HAVE_LA_HRD
172              || info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_LA_HRD
173 #endif
174              ) {
175         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
176                "TargetKbps: %"PRIu16"; LookAheadDepth: %"PRIu16"\n",
177                info->TargetKbps, co2->LookAheadDepth);
178     }
179 #endif
180 #if QSV_HAVE_ICQ
181     else if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_ICQ) {
182         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "ICQQuality: %"PRIu16"\n", info->ICQQuality);
183     } else if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_LA_ICQ) {
184         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "ICQQuality: %"PRIu16"; LookAheadDepth: %"PRIu16"\n",
185                info->ICQQuality, co2->LookAheadDepth);
186     }
187 #endif
188 #if QSV_HAVE_QVBR
189     else if (info->RateControlMethod == MFX_RATECONTROL_QVBR) {
190         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "QVBRQuality: %"PRIu16"\n",
191                co3->QVBRQuality);
192     }
193 #endif
194
195     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "NumSlice: %"PRIu16"; NumRefFrame: %"PRIu16"\n",
196            info->NumSlice, info->NumRefFrame);
197     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "RateDistortionOpt: %s\n",
198            print_threestate(co->RateDistortionOpt));
199
200 #if QSV_HAVE_CO2
201     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
202            "RecoveryPointSEI: %s IntRefType: %"PRIu16"; IntRefCycleSize: %"PRIu16"; IntRefQPDelta: %"PRId16"\n",
203            print_threestate(co->RecoveryPointSEI), co2->IntRefType, co2->IntRefCycleSize, co2->IntRefQPDelta);
204
205     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "MaxFrameSize: %"PRIu16"; ", co2->MaxFrameSize);
206 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 9)
207     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "MaxSliceSize: %"PRIu16"; ", co2->MaxSliceSize);
208 #endif
209     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "\n");
210
211     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
212            "BitrateLimit: %s; MBBRC: %s; ExtBRC: %s\n",
213            print_threestate(co2->BitrateLimit), print_threestate(co2->MBBRC),
214            print_threestate(co2->ExtBRC));
215
216 #if QSV_HAVE_TRELLIS
217     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Trellis: ");
218     if (co2->Trellis & MFX_TRELLIS_OFF) {
219         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "off");
220     } else if (!co2->Trellis) {
221         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "auto");
222     } else {
223         if (co2->Trellis & MFX_TRELLIS_I) av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "I");
224         if (co2->Trellis & MFX_TRELLIS_P) av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "P");
225         if (co2->Trellis & MFX_TRELLIS_B) av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "B");
226     }
227     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "\n");
228 #endif
229
230 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 8)
231     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
232            "RepeatPPS: %s; NumMbPerSlice: %"PRIu16"; LookAheadDS: ",
233            print_threestate(co2->RepeatPPS), co2->NumMbPerSlice);
234     switch (co2->LookAheadDS) {
235     case MFX_LOOKAHEAD_DS_OFF: av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "off");     break;
236     case MFX_LOOKAHEAD_DS_2x:  av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "2x");      break;
237     case MFX_LOOKAHEAD_DS_4x:  av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "4x");      break;
238     default:                   av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "unknown"); break;
239     }
240     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "\n");
241
242     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "AdaptiveI: %s; AdaptiveB: %s; BRefType: ",
243            print_threestate(co2->AdaptiveI), print_threestate(co2->AdaptiveB));
244     switch (co2->BRefType) {
245     case MFX_B_REF_OFF:     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "off");       break;
246     case MFX_B_REF_PYRAMID: av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "pyramid");   break;
247     default:                av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "auto");      break;
248     }
249     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "\n");
250 #endif
251
252 #if QSV_VERSION_ATLEAST(1, 9)
253     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
254            "MinQPI: %"PRIu8"; MaxQPI: %"PRIu8"; MinQPP: %"PRIu8"; MaxQPP: %"PRIu8"; MinQPB: %"PRIu8"; MaxQPB: %"PRIu8"\n",
255            co2->MinQPI, co2->MaxQPI, co2->MinQPP, co2->MaxQPP, co2->MinQPB, co2->MaxQPB);
256 #endif
257 #endif
258
259     if (avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_H264) {
260         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Entropy coding: %s; MaxDecFrameBuffering: %"PRIu16"\n",
261                co->CAVLC == MFX_CODINGOPTION_ON ? "CAVLC" : "CABAC", co->MaxDecFrameBuffering);
262         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
263                "NalHrdConformance: %s; SingleSeiNalUnit: %s; VuiVclHrdParameters: %s VuiNalHrdParameters: %s\n",
264                print_threestate(co->NalHrdConformance), print_threestate(co->SingleSeiNalUnit),
265                print_threestate(co->VuiVclHrdParameters), print_threestate(co->VuiNalHrdParameters));
266     }
267 }
268
269 static int select_rc_mode(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
270 {
271     const char *rc_desc;
272     mfxU16      rc_mode;
273
274     int want_la     = q->la_depth >= 0;
275     int want_qscale = !!(avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_QSCALE);
276     int want_vcm    = q->vcm;
277
278     if (want_la && !QSV_HAVE_LA) {
279         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
280                "Lookahead ratecontrol mode requested, but is not supported by this SDK version\n");
281         return AVERROR(ENOSYS);
282     }
283     if (want_vcm && !QSV_HAVE_VCM) {
284         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
285                "VCM ratecontrol mode requested, but is not supported by this SDK version\n");
286         return AVERROR(ENOSYS);
287     }
288
289     if (want_la + want_qscale + want_vcm > 1) {
290         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
291                "More than one of: { constant qscale, lookahead, VCM } requested, "
292                "only one of them can be used at a time.\n");
293         return AVERROR(EINVAL);
294     }
295
296     if (want_qscale) {
297         rc_mode = MFX_RATECONTROL_CQP;
298         rc_desc = "constant quantization parameter (CQP)";
299     }
300 #if QSV_HAVE_VCM
301     else if (want_vcm) {
302         rc_mode = MFX_RATECONTROL_VCM;
303         rc_desc = "video conferencing mode (VCM)";
304     }
305 #endif
306 #if QSV_HAVE_LA
307     else if (want_la) {
308         rc_mode = MFX_RATECONTROL_LA;
309         rc_desc = "VBR with lookahead (LA)";
310
311 #if QSV_HAVE_ICQ
312         if (avctx->global_quality > 0) {
313             rc_mode = MFX_RATECONTROL_LA_ICQ;
314             rc_desc = "intelligent constant quality with lookahead (LA_ICQ)";
315         }
316 #endif
317     }
318 #endif
319 #if QSV_HAVE_ICQ
320     else if (avctx->global_quality > 0) {
321         rc_mode = MFX_RATECONTROL_ICQ;
322         rc_desc = "intelligent constant quality (ICQ)";
323     }
324 #endif
325     else if (avctx->rc_max_rate == avctx->bit_rate) {
326         rc_mode = MFX_RATECONTROL_CBR;
327         rc_desc = "constant bitrate (CBR)";
328     } else if (!avctx->rc_max_rate) {
329         rc_mode = MFX_RATECONTROL_AVBR;
330         rc_desc = "average variable bitrate (AVBR)";
331     } else {
332         rc_mode = MFX_RATECONTROL_VBR;
333         rc_desc = "variable bitrate (VBR)";
334     }
335
336     q->param.mfx.RateControlMethod = rc_mode;
337     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Using the %s ratecontrol method\n", rc_desc);
338
339     return 0;
340 }
341
342 static int rc_supported(QSVEncContext *q)
343 {
344     mfxVideoParam param_out = { .mfx.CodecId = q->param.mfx.CodecId };
345     mfxStatus ret;
346
347     ret = MFXVideoENCODE_Query(q->session, &q->param, &param_out);
348     if (ret < 0 ||
349         param_out.mfx.RateControlMethod != q->param.mfx.RateControlMethod)
350         return 0;
351     return 1;
352 }
353
354 static int init_video_param(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
355 {
356     float quant;
357     int ret;
358
359     ret = ff_qsv_codec_id_to_mfx(avctx->codec_id);
360     if (ret < 0)
361         return AVERROR_BUG;
362     q->param.mfx.CodecId = ret;
363
364     q->width_align = avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ? 32 : 16;
365
366     if (avctx->level > 0)
367         q->param.mfx.CodecLevel = avctx->level;
368
369     q->param.mfx.CodecProfile       = q->profile;
370     q->param.mfx.TargetUsage        = q->preset;
371     q->param.mfx.GopPicSize         = FFMAX(0, avctx->gop_size);
372     q->param.mfx.GopRefDist         = FFMAX(-1, avctx->max_b_frames) + 1;
373     q->param.mfx.GopOptFlag         = avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_CLOSED_GOP ?
374                                       MFX_GOP_CLOSED : 0;
375     q->param.mfx.IdrInterval        = q->idr_interval;
376     q->param.mfx.NumSlice           = avctx->slices;
377     q->param.mfx.NumRefFrame        = FFMAX(0, avctx->refs);
378     q->param.mfx.EncodedOrder       = 0;
379     q->param.mfx.BufferSizeInKB     = 0;
380
381     q->param.mfx.FrameInfo.FourCC         = MFX_FOURCC_NV12;
382     q->param.mfx.FrameInfo.Width          = FFALIGN(avctx->width, q->width_align);
383     q->param.mfx.FrameInfo.Height         = FFALIGN(avctx->height, 32);
384     q->param.mfx.FrameInfo.CropX          = 0;
385     q->param.mfx.FrameInfo.CropY          = 0;
386     q->param.mfx.FrameInfo.CropW          = avctx->width;
387     q->param.mfx.FrameInfo.CropH          = avctx->height;
388     q->param.mfx.FrameInfo.AspectRatioW   = avctx->sample_aspect_ratio.num;
389     q->param.mfx.FrameInfo.AspectRatioH   = avctx->sample_aspect_ratio.den;
390     q->param.mfx.FrameInfo.PicStruct      = MFX_PICSTRUCT_PROGRESSIVE;
391     q->param.mfx.FrameInfo.ChromaFormat   = MFX_CHROMAFORMAT_YUV420;
392     q->param.mfx.FrameInfo.BitDepthLuma   = 8;
393     q->param.mfx.FrameInfo.BitDepthChroma = 8;
394
395     if (avctx->framerate.den > 0 && avctx->framerate.num > 0) {
396         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtN = avctx->framerate.num;
397         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtD = avctx->framerate.den;
398     } else {
399         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtN  = avctx->time_base.den;
400         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtD  = avctx->time_base.num;
401     }
402
403     ret = select_rc_mode(avctx, q);
404     if (ret < 0)
405         return ret;
406
407     switch (q->param.mfx.RateControlMethod) {
408     case MFX_RATECONTROL_CBR:
409     case MFX_RATECONTROL_VBR:
410 #if QSV_HAVE_VCM
411     case MFX_RATECONTROL_VCM:
412 #endif
413         q->param.mfx.InitialDelayInKB = avctx->rc_initial_buffer_occupancy / 1000;
414         q->param.mfx.TargetKbps       = avctx->bit_rate / 1000;
415         q->param.mfx.MaxKbps          = avctx->rc_max_rate / 1000;
416         break;
417     case MFX_RATECONTROL_CQP:
418         quant = avctx->global_quality / FF_QP2LAMBDA;
419
420         q->param.mfx.QPI = av_clip(quant * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
421         q->param.mfx.QPP = av_clip(quant, 0, 51);
422         q->param.mfx.QPB = av_clip(quant * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
423
424         break;
425     case MFX_RATECONTROL_AVBR:
426         q->param.mfx.TargetKbps  = avctx->bit_rate / 1000;
427         q->param.mfx.Convergence = q->avbr_convergence;
428         q->param.mfx.Accuracy    = q->avbr_accuracy;
429         break;
430 #if QSV_HAVE_LA
431     case MFX_RATECONTROL_LA:
432         q->param.mfx.TargetKbps  = avctx->bit_rate / 1000;
433         q->extco2.LookAheadDepth = q->la_depth;
434         break;
435 #if QSV_HAVE_ICQ
436     case MFX_RATECONTROL_LA_ICQ:
437         q->extco2.LookAheadDepth = q->la_depth;
438     case MFX_RATECONTROL_ICQ:
439         q->param.mfx.ICQQuality  = avctx->global_quality;
440         break;
441 #endif
442 #endif
443     }
444
445     // the HEVC encoder plugin currently fails if coding options
446     // are provided
447     if (avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_HEVC) {
448         q->extco.Header.BufferId      = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION;
449         q->extco.Header.BufferSz      = sizeof(q->extco);
450         q->extco.CAVLC                = avctx->coder_type == FF_CODER_TYPE_VLC ?
451                                         MFX_CODINGOPTION_ON : MFX_CODINGOPTION_UNKNOWN;
452
453         q->extparam_internal[q->nb_extparam_internal++] = (mfxExtBuffer *)&q->extco;
454
455 #if QSV_HAVE_CO2
456         if (avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_H264) {
457             q->extco2.Header.BufferId     = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION2;
458             q->extco2.Header.BufferSz     = sizeof(q->extco2);
459             q->extparam_internal[q->nb_extparam_internal++] = (mfxExtBuffer *)&q->extco2;
460         }
461 #endif
462     }
463
464     if (!rc_supported(q)) {
465         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
466                "Selected ratecontrol mode is not supported by the QSV "
467                "runtime. Choose a different mode.\n");
468         return AVERROR(ENOSYS);
469     }
470
471     return 0;
472 }
473
474 static int qsv_retrieve_enc_params(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
475 {
476     uint8_t sps_buf[128];
477     uint8_t pps_buf[128];
478
479     mfxExtCodingOptionSPSPPS extradata = {
480         .Header.BufferId = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION_SPSPPS,
481         .Header.BufferSz = sizeof(extradata),
482         .SPSBuffer = sps_buf, .SPSBufSize = sizeof(sps_buf),
483         .PPSBuffer = pps_buf, .PPSBufSize = sizeof(pps_buf)
484     };
485
486     mfxExtCodingOption co = {
487         .Header.BufferId = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION,
488         .Header.BufferSz = sizeof(co),
489     };
490 #if QSV_HAVE_CO2
491     mfxExtCodingOption2 co2 = {
492         .Header.BufferId = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION2,
493         .Header.BufferSz = sizeof(co2),
494     };
495 #endif
496 #if QSV_HAVE_CO3
497     mfxExtCodingOption3 co3 = {
498         .Header.BufferId = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION3,
499         .Header.BufferSz = sizeof(co3),
500     };
501 #endif
502
503     mfxExtBuffer *ext_buffers[] = {
504         (mfxExtBuffer*)&extradata,
505         (mfxExtBuffer*)&co,
506 #if QSV_HAVE_CO2
507         (mfxExtBuffer*)&co2,
508 #endif
509 #if QSV_HAVE_CO3
510         (mfxExtBuffer*)&co3,
511 #endif
512     };
513
514     int need_pps = avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_MPEG2VIDEO;
515     int ret;
516
517     q->param.ExtParam    = ext_buffers;
518     q->param.NumExtParam = FF_ARRAY_ELEMS(ext_buffers);
519
520     ret = MFXVideoENCODE_GetVideoParam(q->session, &q->param);
521     if (ret < 0)
522         return ff_qsv_error(ret);
523
524     q->packet_size = q->param.mfx.BufferSizeInKB * 1000;
525
526     if (!extradata.SPSBufSize || (need_pps && !extradata.PPSBufSize)) {
527         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No extradata returned from libmfx.\n");
528         return AVERROR_UNKNOWN;
529     }
530
531     avctx->extradata = av_malloc(extradata.SPSBufSize + need_pps * extradata.PPSBufSize +
532                                  AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
533     if (!avctx->extradata)
534         return AVERROR(ENOMEM);
535
536     memcpy(avctx->extradata,                        sps_buf, extradata.SPSBufSize);
537     if (need_pps)
538         memcpy(avctx->extradata + extradata.SPSBufSize, pps_buf, extradata.PPSBufSize);
539     avctx->extradata_size = extradata.SPSBufSize + need_pps * extradata.PPSBufSize;
540     memset(avctx->extradata + avctx->extradata_size, 0, AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
541
542     dump_video_param(avctx, q, ext_buffers + 1);
543
544     return 0;
545 }
546
547 static int qsv_init_opaque_alloc(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
548 {
549     AVQSVContext *qsv = avctx->hwaccel_context;
550     mfxFrameSurface1 *surfaces;
551     int nb_surfaces, i;
552
553     nb_surfaces = qsv->nb_opaque_surfaces + q->req.NumFrameSuggested + q->async_depth;
554
555     q->opaque_alloc_buf = av_buffer_allocz(sizeof(*surfaces) * nb_surfaces);
556     if (!q->opaque_alloc_buf)
557         return AVERROR(ENOMEM);
558
559     q->opaque_surfaces = av_malloc_array(nb_surfaces, sizeof(*q->opaque_surfaces));
560     if (!q->opaque_surfaces)
561         return AVERROR(ENOMEM);
562
563     surfaces = (mfxFrameSurface1*)q->opaque_alloc_buf->data;
564     for (i = 0; i < nb_surfaces; i++) {
565         surfaces[i].Info      = q->req.Info;
566         q->opaque_surfaces[i] = surfaces + i;
567     }
568
569     q->opaque_alloc.Header.BufferId = MFX_EXTBUFF_OPAQUE_SURFACE_ALLOCATION;
570     q->opaque_alloc.Header.BufferSz = sizeof(q->opaque_alloc);
571     q->opaque_alloc.In.Surfaces     = q->opaque_surfaces;
572     q->opaque_alloc.In.NumSurface   = nb_surfaces;
573     q->opaque_alloc.In.Type         = q->req.Type;
574
575     q->extparam_internal[q->nb_extparam_internal++] = (mfxExtBuffer *)&q->opaque_alloc;
576
577     qsv->nb_opaque_surfaces = nb_surfaces;
578     qsv->opaque_surfaces    = q->opaque_alloc_buf;
579     qsv->opaque_alloc_type  = q->req.Type;
580
581     return 0;
582 }
583
584 int ff_qsv_enc_init(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
585 {
586     int opaque_alloc = 0;
587     int ret;
588
589     q->param.IOPattern  = MFX_IOPATTERN_IN_SYSTEM_MEMORY;
590     q->param.AsyncDepth = q->async_depth;
591
592     q->async_fifo = av_fifo_alloc((1 + q->async_depth) *
593                                   (sizeof(AVPacket) + sizeof(mfxSyncPoint) + sizeof(mfxBitstream*)));
594     if (!q->async_fifo)
595         return AVERROR(ENOMEM);
596
597     if (avctx->hwaccel_context) {
598         AVQSVContext *qsv = avctx->hwaccel_context;
599
600         q->session         = qsv->session;
601         q->param.IOPattern = qsv->iopattern;
602
603         opaque_alloc = qsv->opaque_alloc;
604     }
605
606     if (!q->session) {
607         ret = ff_qsv_init_internal_session(avctx, &q->internal_session,
608                                            q->load_plugins);
609         if (ret < 0)
610             return ret;
611
612         q->session = q->internal_session;
613     }
614
615     ret = init_video_param(avctx, q);
616     if (ret < 0)
617         return ret;
618
619     ret = MFXVideoENCODE_QueryIOSurf(q->session, &q->param, &q->req);
620     if (ret < 0) {
621         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error querying the encoding parameters\n");
622         return ff_qsv_error(ret);
623     }
624
625     if (opaque_alloc) {
626         ret = qsv_init_opaque_alloc(avctx, q);
627         if (ret < 0)
628             return ret;
629     }
630
631     if (avctx->hwaccel_context) {
632         AVQSVContext *qsv = avctx->hwaccel_context;
633         int i, j;
634
635         q->extparam = av_mallocz_array(qsv->nb_ext_buffers + q->nb_extparam_internal,
636                                        sizeof(*q->extparam));
637         if (!q->extparam)
638             return AVERROR(ENOMEM);
639
640         q->param.ExtParam = q->extparam;
641         for (i = 0; i < qsv->nb_ext_buffers; i++)
642             q->param.ExtParam[i] = qsv->ext_buffers[i];
643         q->param.NumExtParam = qsv->nb_ext_buffers;
644
645         for (i = 0; i < q->nb_extparam_internal; i++) {
646             for (j = 0; j < qsv->nb_ext_buffers; j++) {
647                 if (qsv->ext_buffers[j]->BufferId == q->extparam_internal[i]->BufferId)
648                     break;
649             }
650             if (j < qsv->nb_ext_buffers)
651                 continue;
652
653             q->param.ExtParam[q->param.NumExtParam++] = q->extparam_internal[i];
654         }
655     } else {
656         q->param.ExtParam    = q->extparam_internal;
657         q->param.NumExtParam = q->nb_extparam_internal;
658     }
659
660     ret = MFXVideoENCODE_Init(q->session, &q->param);
661     if (ret < 0) {
662         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error initializing the encoder\n");
663         return ff_qsv_error(ret);
664     }
665
666     ret = qsv_retrieve_enc_params(avctx, q);
667     if (ret < 0) {
668         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error retrieving encoding parameters.\n");
669         return ret;
670     }
671
672     q->avctx = avctx;
673
674     return 0;
675 }
676
677 static void clear_unused_frames(QSVEncContext *q)
678 {
679     QSVFrame *cur = q->work_frames;
680     while (cur) {
681         if (cur->surface && !cur->surface->Data.Locked) {
682             cur->surface = NULL;
683             av_frame_unref(cur->frame);
684         }
685         cur = cur->next;
686     }
687 }
688
689 static int get_free_frame(QSVEncContext *q, QSVFrame **f)
690 {
691     QSVFrame *frame, **last;
692
693     clear_unused_frames(q);
694
695     frame = q->work_frames;
696     last  = &q->work_frames;
697     while (frame) {
698         if (!frame->surface) {
699             *f = frame;
700             return 0;
701         }
702
703         last  = &frame->next;
704         frame = frame->next;
705     }
706
707     frame = av_mallocz(sizeof(*frame));
708     if (!frame)
709         return AVERROR(ENOMEM);
710     frame->frame = av_frame_alloc();
711     if (!frame->frame) {
712         av_freep(&frame);
713         return AVERROR(ENOMEM);
714     }
715     *last = frame;
716
717     *f = frame;
718
719     return 0;
720 }
721
722 static int submit_frame(QSVEncContext *q, const AVFrame *frame,
723                         mfxFrameSurface1 **surface)
724 {
725     QSVFrame *qf;
726     int ret;
727
728     ret = get_free_frame(q, &qf);
729     if (ret < 0)
730         return ret;
731
732     if (frame->format == AV_PIX_FMT_QSV) {
733         ret = av_frame_ref(qf->frame, frame);
734         if (ret < 0)
735             return ret;
736
737         qf->surface = (mfxFrameSurface1*)qf->frame->data[3];
738     } else {
739         /* make a copy if the input is not padded as libmfx requires */
740         if (frame->height & 31 || frame->linesize[0] & (q->width_align - 1)) {
741             qf->frame->height = FFALIGN(frame->height, 32);
742             qf->frame->width  = FFALIGN(frame->width, q->width_align);
743
744             ret = ff_get_buffer(q->avctx, qf->frame, AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
745             if (ret < 0)
746                 return ret;
747
748             qf->frame->height = frame->height;
749             qf->frame->width  = frame->width;
750             ret = av_frame_copy(qf->frame, frame);
751             if (ret < 0) {
752                 av_frame_unref(qf->frame);
753                 return ret;
754             }
755         } else {
756             ret = av_frame_ref(qf->frame, frame);
757             if (ret < 0)
758                 return ret;
759         }
760
761         qf->surface_internal.Info = q->param.mfx.FrameInfo;
762
763         qf->surface_internal.Info.PicStruct =
764             !frame->interlaced_frame ? MFX_PICSTRUCT_PROGRESSIVE :
765             frame->top_field_first   ? MFX_PICSTRUCT_FIELD_TFF :
766                                        MFX_PICSTRUCT_FIELD_BFF;
767         if (frame->repeat_pict == 1)
768             qf->surface_internal.Info.PicStruct |= MFX_PICSTRUCT_FIELD_REPEATED;
769         else if (frame->repeat_pict == 2)
770             qf->surface_internal.Info.PicStruct |= MFX_PICSTRUCT_FRAME_DOUBLING;
771         else if (frame->repeat_pict == 4)
772             qf->surface_internal.Info.PicStruct |= MFX_PICSTRUCT_FRAME_TRIPLING;
773
774         qf->surface_internal.Data.PitchLow  = qf->frame->linesize[0];
775         qf->surface_internal.Data.Y         = qf->frame->data[0];
776         qf->surface_internal.Data.UV        = qf->frame->data[1];
777
778         qf->surface = &qf->surface_internal;
779     }
780
781     qf->surface->Data.TimeStamp = av_rescale_q(frame->pts, q->avctx->time_base, (AVRational){1, 90000});
782
783     *surface = qf->surface;
784
785     return 0;
786 }
787
788 static void print_interlace_msg(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
789 {
790     if (q->param.mfx.CodecId == MFX_CODEC_AVC) {
791         if (q->param.mfx.CodecProfile == MFX_PROFILE_AVC_BASELINE ||
792             q->param.mfx.CodecLevel < MFX_LEVEL_AVC_21 ||
793             q->param.mfx.CodecLevel > MFX_LEVEL_AVC_41)
794             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
795                    "Interlaced coding is supported"
796                    " at Main/High Profile Level 2.1-4.1\n");
797     }
798 }
799
800 int ff_qsv_encode(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q,
801                   AVPacket *pkt, const AVFrame *frame, int *got_packet)
802 {
803     AVPacket new_pkt = { 0 };
804     mfxBitstream *bs;
805
806     mfxFrameSurface1 *surf = NULL;
807     mfxSyncPoint sync      = NULL;
808     int ret;
809
810     if (frame) {
811         ret = submit_frame(q, frame, &surf);
812         if (ret < 0) {
813             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error submitting the frame for encoding.\n");
814             return ret;
815         }
816     }
817
818     ret = av_new_packet(&new_pkt, q->packet_size);
819     if (ret < 0) {
820         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating the output packet\n");
821         return ret;
822     }
823
824     bs = av_mallocz(sizeof(*bs));
825     if (!bs) {
826         av_packet_unref(&new_pkt);
827         return AVERROR(ENOMEM);
828     }
829     bs->Data      = new_pkt.data;
830     bs->MaxLength = new_pkt.size;
831
832     do {
833         ret = MFXVideoENCODE_EncodeFrameAsync(q->session, NULL, surf, bs, &sync);
834         if (ret == MFX_WRN_DEVICE_BUSY)
835             av_usleep(1);
836     } while (ret > 0);
837
838     if (ret < 0) {
839         av_packet_unref(&new_pkt);
840         av_freep(&bs);
841         return (ret == MFX_ERR_MORE_DATA) ? 0 : ff_qsv_error(ret);
842     }
843
844     if (ret == MFX_WRN_INCOMPATIBLE_VIDEO_PARAM && frame->interlaced_frame)
845         print_interlace_msg(avctx, q);
846
847     if (sync) {
848         av_fifo_generic_write(q->async_fifo, &new_pkt, sizeof(new_pkt), NULL);
849         av_fifo_generic_write(q->async_fifo, &sync,    sizeof(sync),    NULL);
850         av_fifo_generic_write(q->async_fifo, &bs,      sizeof(bs),    NULL);
851     } else {
852         av_packet_unref(&new_pkt);
853         av_freep(&bs);
854     }
855
856     if (!av_fifo_space(q->async_fifo) ||
857         (!frame && av_fifo_size(q->async_fifo))) {
858         av_fifo_generic_read(q->async_fifo, &new_pkt, sizeof(new_pkt), NULL);
859         av_fifo_generic_read(q->async_fifo, &sync,    sizeof(sync),    NULL);
860         av_fifo_generic_read(q->async_fifo, &bs,      sizeof(bs),      NULL);
861
862         MFXVideoCORE_SyncOperation(q->session, sync, 60000);
863
864         new_pkt.dts  = av_rescale_q(bs->DecodeTimeStamp, (AVRational){1, 90000}, avctx->time_base);
865         new_pkt.pts  = av_rescale_q(bs->TimeStamp,       (AVRational){1, 90000}, avctx->time_base);
866         new_pkt.size = bs->DataLength;
867
868         if (bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_IDR ||
869             bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_xIDR)
870             new_pkt.flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
871
872 #if FF_API_CODED_FRAME
873 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
874         if (bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_I || bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_xI)
875             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
876         else if (bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_P || bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_xP)
877             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
878         else if (bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_B || bs->FrameType & MFX_FRAMETYPE_xB)
879             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
880 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
881 #endif
882
883         av_freep(&bs);
884
885         if (pkt->data) {
886             if (pkt->size < new_pkt.size) {
887                 av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Submitted buffer not large enough: %d < %d\n",
888                        pkt->size, new_pkt.size);
889                 av_packet_unref(&new_pkt);
890                 return AVERROR(EINVAL);
891             }
892
893             memcpy(pkt->data, new_pkt.data, new_pkt.size);
894             pkt->size = new_pkt.size;
895
896             ret = av_packet_copy_props(pkt, &new_pkt);
897             av_packet_unref(&new_pkt);
898             if (ret < 0)
899                 return ret;
900         } else
901             *pkt = new_pkt;
902
903         *got_packet = 1;
904     }
905
906     return 0;
907 }
908
909 int ff_qsv_enc_close(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
910 {
911     QSVFrame *cur;
912
913     if (q->session)
914         MFXVideoENCODE_Close(q->session);
915     if (q->internal_session)
916         MFXClose(q->internal_session);
917     q->session          = NULL;
918     q->internal_session = NULL;
919
920     cur = q->work_frames;
921     while (cur) {
922         q->work_frames = cur->next;
923         av_frame_free(&cur->frame);
924         av_freep(&cur);
925         cur = q->work_frames;
926     }
927
928     while (q->async_fifo && av_fifo_size(q->async_fifo)) {
929         AVPacket pkt;
930         mfxSyncPoint sync;
931         mfxBitstream *bs;
932
933         av_fifo_generic_read(q->async_fifo, &pkt,  sizeof(pkt),  NULL);
934         av_fifo_generic_read(q->async_fifo, &sync, sizeof(sync), NULL);
935         av_fifo_generic_read(q->async_fifo, &bs,   sizeof(bs),   NULL);
936
937         av_freep(&bs);
938         av_packet_unref(&pkt);
939     }
940     av_fifo_free(q->async_fifo);
941     q->async_fifo = NULL;
942
943     av_freep(&q->opaque_surfaces);
944     av_buffer_unref(&q->opaque_alloc_buf);
945
946     av_freep(&q->extparam);
947
948     return 0;
949 }