avfilter/vf_framerate: change blend factor precision
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
index e8b57e4..39c3aa1 100644 (file)
@@ -1,6 +1,6 @@
 /*
- * H.264 hardware encoding using nvidia nvenc
- * Copyright (c) 2014 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
+ * H.264/HEVC hardware encoding using nvidia nvenc
+ * Copyright (c) 2016 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
  *
  * This file is part of FFmpeg.
  *
 
 #include "config.h"
 
-#if defined(_WIN32)
-#include <windows.h>
-
-#define CUDA_LIBNAME TEXT("nvcuda.dll")
-#if ARCH_X86_64
-#define NVENC_LIBNAME TEXT("nvEncodeAPI64.dll")
-#else
-#define NVENC_LIBNAME TEXT("nvEncodeAPI.dll")
-#endif
-
-#define dlopen(filename, flags) LoadLibrary((filename))
-#define dlsym(handle, symbol)   GetProcAddress(handle, symbol)
-#define dlclose(handle)         FreeLibrary(handle)
-#else
-#include <dlfcn.h>
-
-#define CUDA_LIBNAME "libcuda.so"
-#define NVENC_LIBNAME "libnvidia-encode.so"
-#endif
+#include "nvenc.h"
 
+#include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
 #include "libavutil/hwcontext.h"
 #include "libavutil/imgutils.h"
 #include "libavutil/avassert.h"
 #include "libavutil/mem.h"
+#include "libavutil/pixdesc.h"
 #include "internal.h"
-#include "nvenc.h"
 
 #define NVENC_CAP 0x30
-#define IS_CBR(rc) (rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR ||               \
-                    rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||    \
-                    rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP)
-
-#define LOAD_LIBRARY(l, path)                   \
-    do {                                        \
-        if (!((l) = dlopen(path, RTLD_LAZY))) { \
-            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,         \
-                   "Cannot load %s\n",          \
-                   path);                       \
-            return AVERROR_UNKNOWN;             \
-        }                                       \
-    } while (0)
-
-#define LOAD_SYMBOL(fun, lib, symbol)        \
-    do {                                     \
-        if (!((fun) = dlsym(lib, symbol))) { \
-            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,      \
-                   "Cannot load %s\n",       \
-                   symbol);                  \
-            return AVERROR_UNKNOWN;          \
-        }                                    \
-    } while (0)
+#define IS_CBR(rc) (rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR ||             \
+                    rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_LOWDELAY_HQ || \
+                    rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_HQ)
 
 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
     AV_PIX_FMT_YUV420P,
     AV_PIX_FMT_NV12,
+    AV_PIX_FMT_P010,
     AV_PIX_FMT_YUV444P,
-#if CONFIG_CUDA
+    AV_PIX_FMT_YUV444P16,
+    AV_PIX_FMT_0RGB32,
+    AV_PIX_FMT_0BGR32,
     AV_PIX_FMT_CUDA,
+#if CONFIG_D3D11VA
+    AV_PIX_FMT_D3D11,
 #endif
     AV_PIX_FMT_NONE
 };
 
+#define IS_10BIT(pix_fmt)  (pix_fmt == AV_PIX_FMT_P010    || \
+                            pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P16)
+
+#define IS_YUV444(pix_fmt) (pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P || \
+                            pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P16)
+
 static const struct {
     NVENCSTATUS nverr;
     int         averr;
@@ -102,7 +76,7 @@ static const struct {
     { NV_ENC_ERR_ENCODER_NOT_INITIALIZED,  AVERROR(EINVAL),  "encoder not initialized"  },
     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_PARAM,        AVERROR(ENOSYS),  "unsupported param"        },
     { NV_ENC_ERR_LOCK_BUSY,                AVERROR(EAGAIN),  "lock busy"                },
-    { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR(ENOBUFS), "not enough buffer"        },
+    { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR_BUFFER_TOO_SMALL, "not enough buffer"},
     { NV_ENC_ERR_INVALID_VERSION,          AVERROR(EINVAL),  "invalid version"          },
     { NV_ENC_ERR_MAP_FAILED,               AVERROR(EIO),     "map failed"               },
     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR(EAGAIN),  "need more input"          },
@@ -132,7 +106,7 @@ static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
 }
 
 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
-                                     const char *error_string)
+                             const char *error_string)
 {
     const char *desc;
     int ret;
@@ -141,44 +115,52 @@ static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
     return ret;
 }
 
+static void nvenc_print_driver_requirement(AVCodecContext *avctx, int level)
+{
+#if defined(_WIN32) || defined(__CYGWIN__)
+    const char *minver = "378.66";
+#else
+    const char *minver = "378.13";
+#endif
+    av_log(avctx, level, "The minimum required Nvidia driver for nvenc is %s or newer\n", minver);
+}
+
 static av_cold int nvenc_load_libraries(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencContext *ctx            = avctx->priv_data;
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
-    PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvenc_create_instance;
     NVENCSTATUS err;
+    uint32_t nvenc_max_ver;
+    int ret;
 
-#if CONFIG_CUDA
-    dl_fn->cu_init                      = cuInit;
-    dl_fn->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
-    dl_fn->cu_device_get                = cuDeviceGet;
-    dl_fn->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
-    dl_fn->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
-    dl_fn->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
-    dl_fn->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
-    dl_fn->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
-#else
-    LOAD_LIBRARY(dl_fn->cuda, CUDA_LIBNAME);
-
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_init, dl_fn->cuda, "cuInit");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_device_get_count, dl_fn->cuda, "cuDeviceGetCount");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_device_get, dl_fn->cuda, "cuDeviceGet");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_device_get_name, dl_fn->cuda, "cuDeviceGetName");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_device_compute_capability, dl_fn->cuda,
-                "cuDeviceComputeCapability");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_ctx_create, dl_fn->cuda, "cuCtxCreate_v2");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_ctx_pop_current, dl_fn->cuda, "cuCtxPopCurrent_v2");
-    LOAD_SYMBOL(dl_fn->cu_ctx_destroy, dl_fn->cuda, "cuCtxDestroy_v2");
-#endif
+    ret = cuda_load_functions(&dl_fn->cuda_dl, avctx);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
+
+    ret = nvenc_load_functions(&dl_fn->nvenc_dl, avctx);
+    if (ret < 0) {
+        nvenc_print_driver_requirement(avctx, AV_LOG_ERROR);
+        return ret;
+    }
+
+    err = dl_fn->nvenc_dl->NvEncodeAPIGetMaxSupportedVersion(&nvenc_max_ver);
+    if (err != NV_ENC_SUCCESS)
+        return nvenc_print_error(avctx, err, "Failed to query nvenc max version");
 
-    LOAD_LIBRARY(dl_fn->nvenc, NVENC_LIBNAME);
+    av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Loaded Nvenc version %d.%d\n", nvenc_max_ver >> 4, nvenc_max_ver & 0xf);
 
-    LOAD_SYMBOL(nvenc_create_instance, dl_fn->nvenc,
-                "NvEncodeAPICreateInstance");
+    if ((NVENCAPI_MAJOR_VERSION << 4 | NVENCAPI_MINOR_VERSION) > nvenc_max_ver) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Driver does not support the required nvenc API version. "
+               "Required: %d.%d Found: %d.%d\n",
+               NVENCAPI_MAJOR_VERSION, NVENCAPI_MINOR_VERSION,
+               nvenc_max_ver >> 4, nvenc_max_ver & 0xf);
+        nvenc_print_driver_requirement(avctx, AV_LOG_ERROR);
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
 
     dl_fn->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
 
-    err = nvenc_create_instance(&dl_fn->nvenc_funcs);
+    err = dl_fn->nvenc_dl->NvEncodeAPICreateInstance(&dl_fn->nvenc_funcs);
     if (err != NV_ENC_SUCCESS)
         return nvenc_print_error(avctx, err, "Failed to create nvenc instance");
 
@@ -187,6 +169,43 @@ static av_cold int nvenc_load_libraries(AVCodecContext *avctx)
     return 0;
 }
 
+static int nvenc_push_context(AVCodecContext *avctx)
+{
+    NvencContext *ctx            = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    CUresult cu_res;
+
+    if (ctx->d3d11_device)
+        return 0;
+
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuCtxPushCurrent(ctx->cu_context);
+    if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cuCtxPushCurrent failed\n");
+        return AVERROR_EXTERNAL;
+    }
+
+    return 0;
+}
+
+static int nvenc_pop_context(AVCodecContext *avctx)
+{
+    NvencContext *ctx            = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    CUresult cu_res;
+    CUcontext dummy;
+
+    if (ctx->d3d11_device)
+        return 0;
+
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
+    if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cuCtxPopCurrent failed\n");
+        return AVERROR_EXTERNAL;
+    }
+
+    return 0;
+}
+
 static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
 {
     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS params = { 0 };
@@ -196,8 +215,13 @@ static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
 
     params.version    = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
     params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
-    params.device     = ctx->cu_context;
-    params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
+    if (ctx->d3d11_device) {
+        params.device     = ctx->d3d11_device;
+        params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_DIRECTX;
+    } else {
+        params.device     = ctx->cu_context;
+        params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
+    }
 
     ret = p_nvenc->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvencoder);
     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
@@ -210,7 +234,7 @@ static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
 
 static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencContext *ctx                    = avctx->priv_data;
     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &ctx->nvenc_dload_funcs.nvenc_funcs;
     int i, ret, count = 0;
     GUID *guids = NULL;
@@ -273,7 +297,7 @@ static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
     }
 
     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_YUV444_ENCODE);
-    if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P && ret <= 0) {
+    if (IS_YUV444(ctx->data_pix_fmt) && ret <= 0) {
         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "YUV444P not supported\n");
         return AVERROR(ENOSYS);
     }
@@ -300,12 +324,50 @@ static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
 
     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_NUM_MAX_BFRAMES);
     if (ret < avctx->max_b_frames) {
-        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Max b-frames %d exceed %d\n",
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Max B-frames %d exceed %d\n",
                avctx->max_b_frames, ret);
 
         return AVERROR(ENOSYS);
     }
 
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_FIELD_ENCODING);
+    if (ret < 1 && avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
+               "Interlaced encoding is not supported. Supported level: %d\n",
+               ret);
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_10BIT_ENCODE);
+    if (IS_10BIT(ctx->data_pix_fmt) && ret <= 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "10 bit encode not supported\n");
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_LOOKAHEAD);
+    if (ctx->rc_lookahead > 0 && ret <= 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "RC lookahead not supported\n");
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_TEMPORAL_AQ);
+    if (ctx->temporal_aq > 0 && ret <= 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Temporal AQ not supported\n");
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_WEIGHTED_PREDICTION);
+    if (ctx->weighted_pred > 0 && ret <= 0) {
+        av_log (avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Weighted Prediction not supported\n");
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_CABAC);
+    if (ctx->coder == NV_ENC_H264_ENTROPY_CODING_MODE_CABAC && ret <= 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "CABAC entropy coding not supported\n");
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
     return 0;
 }
 
@@ -318,13 +380,12 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
     int major, minor, ret;
     CUresult cu_res;
     CUdevice cu_device;
-    CUcontext dummy;
     int loglevel = AV_LOG_VERBOSE;
 
     if (ctx->device == LIST_DEVICES)
         loglevel = AV_LOG_INFO;
 
-    cu_res = dl_fn->cu_device_get(&cu_device, idx);
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuDeviceGet(&cu_device, idx);
     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
                "Cannot access the CUDA device %d\n",
@@ -332,13 +393,17 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
         return -1;
     }
 
-    cu_res = dl_fn->cu_device_get_name(name, sizeof(name), cu_device);
-    if (cu_res != CUDA_SUCCESS)
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuDeviceGetName(name, sizeof(name), cu_device);
+    if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cuDeviceGetName failed on device %d\n", idx);
         return -1;
+    }
 
-    cu_res = dl_fn->cu_device_compute_capability(&major, &minor, cu_device);
-    if (cu_res != CUDA_SUCCESS)
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuDeviceComputeCapability(&major, &minor, cu_device);
+    if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cuDeviceComputeCapability failed on device %d\n", idx);
         return -1;
+    }
 
     av_log(avctx, loglevel, "[ GPU #%d - < %s > has Compute SM %d.%d ]\n", idx, name, major, minor);
     if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP) {
@@ -346,7 +411,10 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
         goto fail;
     }
 
-    cu_res = dl_fn->cu_ctx_create(&ctx->cu_context_internal, 0, cu_device);
+    if (ctx->device != idx && ctx->device != ANY_DEVICE)
+        return -1;
+
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuCtxCreate(&ctx->cu_context_internal, 0, cu_device);
     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed creating CUDA context for NVENC: 0x%x\n", (int)cu_res);
         goto fail;
@@ -354,11 +422,8 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
 
     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
 
-    cu_res = dl_fn->cu_ctx_pop_current(&dummy);
-    if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
-        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed popping CUDA context: 0x%x\n", (int)cu_res);
+    if ((ret = nvenc_pop_context(avctx)) < 0)
         goto fail2;
-    }
 
     if ((ret = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
         goto fail2;
@@ -370,15 +435,21 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
 
     dl_fn->nvenc_device_count++;
 
-    if (ctx->device == dl_fn->nvenc_device_count - 1 || ctx->device == ANY_DEVICE)
+    if (ctx->device == idx || ctx->device == ANY_DEVICE)
         return 0;
 
 fail3:
+    if ((ret = nvenc_push_context(avctx)) < 0)
+        return ret;
+
     p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
     ctx->nvencoder = NULL;
 
+    if ((ret = nvenc_pop_context(avctx)) < 0)
+        return ret;
+
 fail2:
-    dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
+    dl_fn->cuda_dl->cuCtxDestroy(ctx->cu_context_internal);
     ctx->cu_context_internal = NULL;
 
 fail:
@@ -387,7 +458,7 @@ fail:
 
 static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencContext *ctx            = avctx->priv_data;
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
 
     switch (avctx->codec->id) {
@@ -401,19 +472,48 @@ static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
         return AVERROR_BUG;
     }
 
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
-#if CONFIG_CUDA
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11 || avctx->hw_frames_ctx || avctx->hw_device_ctx) {
         AVHWFramesContext   *frames_ctx;
-        AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
+        AVHWDeviceContext   *hwdev_ctx;
+        AVCUDADeviceContext *cuda_device_hwctx = NULL;
+#if CONFIG_D3D11VA
+        AVD3D11VADeviceContext *d3d11_device_hwctx = NULL;
+#endif
         int ret;
 
-        if (!avctx->hw_frames_ctx)
+        if (avctx->hw_frames_ctx) {
+            frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
+            if (frames_ctx->format == AV_PIX_FMT_CUDA)
+                cuda_device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
+#if CONFIG_D3D11VA
+            else if (frames_ctx->format == AV_PIX_FMT_D3D11)
+                d3d11_device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
+#endif
+            else
+                return AVERROR(EINVAL);
+        } else if (avctx->hw_device_ctx) {
+            hwdev_ctx = (AVHWDeviceContext*)avctx->hw_device_ctx->data;
+            if (hwdev_ctx->type == AV_HWDEVICE_TYPE_CUDA)
+                cuda_device_hwctx = hwdev_ctx->hwctx;
+#if CONFIG_D3D11VA
+            else if (hwdev_ctx->type == AV_HWDEVICE_TYPE_D3D11VA)
+                d3d11_device_hwctx = hwdev_ctx->hwctx;
+#endif
+            else
+                return AVERROR(EINVAL);
+        } else {
             return AVERROR(EINVAL);
+        }
 
-        frames_ctx   = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
-        device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
-
-        ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
+        if (cuda_device_hwctx) {
+            ctx->cu_context = cuda_device_hwctx->cuda_ctx;
+        }
+#if CONFIG_D3D11VA
+        else if (d3d11_device_hwctx) {
+            ctx->d3d11_device = d3d11_device_hwctx->device;
+            ID3D11Device_AddRef(ctx->d3d11_device);
+        }
+#endif
 
         ret = nvenc_open_session(avctx);
         if (ret < 0)
@@ -424,19 +524,16 @@ static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
             av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Provided device doesn't support required NVENC features\n");
             return ret;
         }
-#else
-        return AVERROR_BUG;
-#endif
     } else {
         int i, nb_devices = 0;
 
-        if ((dl_fn->cu_init(0)) != CUDA_SUCCESS) {
+        if ((dl_fn->cuda_dl->cuInit(0)) != CUDA_SUCCESS) {
             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
                    "Cannot init CUDA\n");
             return AVERROR_UNKNOWN;
         }
 
-        if ((dl_fn->cu_device_get_count(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
+        if ((dl_fn->cuda_dl->cuDeviceGetCount(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
                    "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
             return AVERROR_UNKNOWN;
@@ -463,7 +560,7 @@ static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
             return AVERROR_EXTERNAL;
         }
 
-        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->device, dl_fn->nvenc_device_count);
+        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->device, nb_devices);
         return AVERROR(EINVAL);
     }
 
@@ -475,21 +572,26 @@ typedef struct GUIDTuple {
     int flags;
 } GUIDTuple;
 
+#define PRESET_ALIAS(alias, name, ...) \
+    [PRESET_ ## alias] = { NV_ENC_PRESET_ ## name ## _GUID, __VA_ARGS__ }
+
+#define PRESET(name, ...) PRESET_ALIAS(name, name, __VA_ARGS__)
+
 static void nvenc_map_preset(NvencContext *ctx)
 {
     GUIDTuple presets[] = {
-        { NV_ENC_PRESET_DEFAULT_GUID },
-        { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_TWO_PASSES }, /* slow */
-        { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* medium */
-        { NV_ENC_PRESET_HP_GUID,                  NVENC_ONE_PASS }, /* fast */
-        { NV_ENC_PRESET_HP_GUID },
-        { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID },
-        { NV_ENC_PRESET_BD_GUID },
-        { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_DEFAULT_GUID, NVENC_LOWLATENCY },
-        { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
-        { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HP_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
-        { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID,    NVENC_LOSSLESS },
-        { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID,         NVENC_LOSSLESS },
+        PRESET(DEFAULT),
+        PRESET(HP),
+        PRESET(HQ),
+        PRESET(BD),
+        PRESET_ALIAS(SLOW,   HQ,    NVENC_TWO_PASSES),
+        PRESET_ALIAS(MEDIUM, HQ,    NVENC_ONE_PASS),
+        PRESET_ALIAS(FAST,   HP,    NVENC_ONE_PASS),
+        PRESET(LOW_LATENCY_DEFAULT, NVENC_LOWLATENCY),
+        PRESET(LOW_LATENCY_HP,      NVENC_LOWLATENCY),
+        PRESET(LOW_LATENCY_HQ,      NVENC_LOWLATENCY),
+        PRESET(LOSSLESS_DEFAULT,    NVENC_LOSSLESS),
+        PRESET(LOSSLESS_HP,         NVENC_LOSSLESS),
     };
 
     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
@@ -498,15 +600,37 @@ static void nvenc_map_preset(NvencContext *ctx)
     ctx->flags = t->flags;
 }
 
+#undef PRESET
+#undef PRESET_ALIAS
+
 static av_cold void set_constqp(AVCodecContext *avctx)
 {
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
 
     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
-    rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
-    rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
-    rc->constQP.qpIntra = avctx->global_quality;
+
+    if (ctx->init_qp_p >= 0) {
+        rc->constQP.qpInterP = ctx->init_qp_p;
+        if (ctx->init_qp_i >= 0 && ctx->init_qp_b >= 0) {
+            rc->constQP.qpIntra = ctx->init_qp_i;
+            rc->constQP.qpInterB = ctx->init_qp_b;
+        } else if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
+            rc->constQP.qpIntra = av_clip(
+                rc->constQP.qpInterP * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset + 0.5, 0, 51);
+            rc->constQP.qpInterB = av_clip(
+                rc->constQP.qpInterP * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset + 0.5, 0, 51);
+        } else {
+            rc->constQP.qpIntra = rc->constQP.qpInterP;
+            rc->constQP.qpInterB = rc->constQP.qpInterP;
+        }
+    } else if (ctx->cqp >= 0) {
+        rc->constQP.qpInterP = rc->constQP.qpInterB = rc->constQP.qpIntra = ctx->cqp;
+        if (avctx->b_quant_factor != 0.0)
+            rc->constQP.qpInterB = av_clip(ctx->cqp * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset + 0.5, 0, 51);
+        if (avctx->i_quant_factor != 0.0)
+            rc->constQP.qpIntra = av_clip(ctx->cqp * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset + 0.5, 0, 51);
+    }
 
     avctx->qmin = -1;
     avctx->qmax = -1;
@@ -524,28 +648,53 @@ static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
 
         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
-        rc->minQP.qpIntra = avctx->qmin;
+        rc->minQP.qpIntra  = avctx->qmin;
 
         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
         rc->maxQP.qpIntra = avctx->qmax;
 
         qp_inter_p = (avctx->qmax + 3 * avctx->qmin) / 4; // biased towards Qmin
+    } else if (avctx->qmin >= 0) {
+        rc->enableMinQP = 1;
+
+        rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
+        rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
+        rc->minQP.qpIntra = avctx->qmin;
+
+        qp_inter_p = avctx->qmin;
     } else {
         qp_inter_p = 26; // default to 26
     }
 
     rc->enableInitialRCQP = 1;
-    rc->initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
 
-    if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
-        rc->initialRCQP.qpIntra = av_clip(
-            qp_inter_p * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
-        rc->initialRCQP.qpInterB = av_clip(
-            qp_inter_p * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
+    if (ctx->init_qp_p < 0) {
+        rc->initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
     } else {
-        rc->initialRCQP.qpIntra = qp_inter_p;
-        rc->initialRCQP.qpInterB = qp_inter_p;
+        rc->initialRCQP.qpInterP = ctx->init_qp_p;
+    }
+
+    if (ctx->init_qp_i < 0) {
+        if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
+            rc->initialRCQP.qpIntra = av_clip(
+                rc->initialRCQP.qpInterP * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset + 0.5, 0, 51);
+        } else {
+            rc->initialRCQP.qpIntra = rc->initialRCQP.qpInterP;
+        }
+    } else {
+        rc->initialRCQP.qpIntra = ctx->init_qp_i;
+    }
+
+    if (ctx->init_qp_b < 0) {
+        if (avctx->i_quant_factor != 0.0 && avctx->b_quant_factor != 0.0) {
+            rc->initialRCQP.qpInterB = av_clip(
+                rc->initialRCQP.qpInterP * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset + 0.5, 0, 51);
+        } else {
+            rc->initialRCQP.qpInterB = rc->initialRCQP.qpInterP;
+        }
+    } else {
+        rc->initialRCQP.qpInterB = ctx->init_qp_b;
     }
 }
 
@@ -557,7 +706,7 @@ static av_cold void set_lossless(AVCodecContext *avctx)
     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
     rc->constQP.qpInterB = 0;
     rc->constQP.qpInterP = 0;
-    rc->constQP.qpIntra = 0;
+    rc->constQP.qpIntra  = 0;
 
     avctx->qmin = -1;
     avctx->qmax = -1;
@@ -570,23 +719,8 @@ static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 
     switch (ctx->rc) {
     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
-        if (avctx->global_quality <= 0) {
-            av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
-                   "The constant quality rate-control requires "
-                   "the 'global_quality' option set.\n");
-            return;
-        }
         set_constqp(avctx);
         return;
-    case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
-    case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
-        if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
-            av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
-                   "The variable bitrate rate-control requires "
-                   "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
-            set_vbr(avctx);
-            return;
-        }
     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
         if (avctx->qmin < 0) {
             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
@@ -595,27 +729,69 @@ static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
             set_vbr(avctx);
             return;
         }
+        /* fall through */
+    case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_HQ:
+    case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
         set_vbr(avctx);
         break;
     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
+    case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_HQ:
+    case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_LOWDELAY_HQ:
         break;
-    case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
-    case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
-        if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
+    }
+
+    rc->rateControlMode = ctx->rc;
+}
+
+static av_cold int nvenc_recalc_surfaces(AVCodecContext *avctx)
+{
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    // default minimum of 4 surfaces
+    // multiply by 2 for number of NVENCs on gpu (hardcode to 2)
+    // another multiply by 2 to avoid blocking next PBB group
+    int nb_surfaces = FFMAX(4, ctx->encode_config.frameIntervalP * 2 * 2);
+
+    // lookahead enabled
+    if (ctx->rc_lookahead > 0) {
+        // +1 is to account for lkd_bound calculation later
+        // +4 is to allow sufficient pipelining with lookahead
+        nb_surfaces = FFMAX(1, FFMAX(nb_surfaces, ctx->rc_lookahead + ctx->encode_config.frameIntervalP + 1 + 4));
+        if (nb_surfaces > ctx->nb_surfaces && ctx->nb_surfaces > 0)
+        {
             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
-                   "The multipass rate-control requires "
-                   "a low-latency preset.\n");
-            return;
+                   "Defined rc_lookahead requires more surfaces, "
+                   "increasing used surfaces %d -> %d\n", ctx->nb_surfaces, nb_surfaces);
+        }
+        ctx->nb_surfaces = FFMAX(nb_surfaces, ctx->nb_surfaces);
+    } else {
+        if (ctx->encode_config.frameIntervalP > 1 && ctx->nb_surfaces < nb_surfaces && ctx->nb_surfaces > 0)
+        {
+            av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
+                   "Defined b-frame requires more surfaces, "
+                   "increasing used surfaces %d -> %d\n", ctx->nb_surfaces, nb_surfaces);
+            ctx->nb_surfaces = FFMAX(ctx->nb_surfaces, nb_surfaces);
         }
+        else if (ctx->nb_surfaces <= 0)
+            ctx->nb_surfaces = nb_surfaces;
+        // otherwise use user specified value
     }
 
-    rc->rateControlMode = ctx->rc;
+    ctx->nb_surfaces = FFMAX(1, FFMIN(MAX_REGISTERED_FRAMES, ctx->nb_surfaces));
+    ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
+
+    return 0;
 }
 
 static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 {
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
 
+    if (avctx->global_quality > 0)
+        av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Using global_quality with nvenc is deprecated. Use qp instead.\n");
+
+    if (ctx->cqp < 0 && avctx->global_quality > 0)
+        ctx->cqp = avctx->global_quality;
+
     if (avctx->bit_rate > 0) {
         ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate = avctx->bit_rate;
     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
@@ -636,22 +812,32 @@ static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 
         if (ctx->cbr) {
             if (ctx->twopass) {
-                ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY;
+                ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_LOWDELAY_HQ;
             } else {
                 ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR;
             }
-        } else if (avctx->global_quality > 0) {
+        } else if (ctx->cqp >= 0) {
             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
         } else if (ctx->twopass) {
-            ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR;
+            ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_HQ;
         } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
             ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP;
         }
     }
 
+    if (ctx->rc >= 0 && ctx->rc & RC_MODE_DEPRECATED) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "Specified rc mode is deprecated.\n");
+        av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "\tll_2pass_quality -> cbr_ld_hq\n");
+        av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "\tll_2pass_size -> cbr_hq\n");
+        av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "\tvbr_2pass -> vbr_hq\n");
+        av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "\tvbr_minqp -> (no replacement)\n");
+
+        ctx->rc &= ~RC_MODE_DEPRECATED;
+    }
+
     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
         set_lossless(avctx);
-    } else if (ctx->rc > 0) {
+    } else if (ctx->rc >= 0) {
         nvenc_override_rate_control(avctx);
     } else {
         ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
@@ -663,6 +849,56 @@ static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
     } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
         ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = 2 * ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
     }
+
+    if (ctx->aq) {
+        ctx->encode_config.rcParams.enableAQ   = 1;
+        ctx->encode_config.rcParams.aqStrength = ctx->aq_strength;
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "AQ enabled.\n");
+    }
+
+    if (ctx->temporal_aq) {
+        ctx->encode_config.rcParams.enableTemporalAQ = 1;
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Temporal AQ enabled.\n");
+    }
+
+    if (ctx->rc_lookahead > 0) {
+        int lkd_bound = FFMIN(ctx->nb_surfaces, ctx->async_depth) -
+                        ctx->encode_config.frameIntervalP - 4;
+
+        if (lkd_bound < 0) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
+                   "Lookahead not enabled. Increase buffer delay (-delay).\n");
+        } else {
+            ctx->encode_config.rcParams.enableLookahead = 1;
+            ctx->encode_config.rcParams.lookaheadDepth  = av_clip(ctx->rc_lookahead, 0, lkd_bound);
+            ctx->encode_config.rcParams.disableIadapt   = ctx->no_scenecut;
+            ctx->encode_config.rcParams.disableBadapt   = !ctx->b_adapt;
+            av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE,
+                   "Lookahead enabled: depth %d, scenecut %s, B-adapt %s.\n",
+                   ctx->encode_config.rcParams.lookaheadDepth,
+                   ctx->encode_config.rcParams.disableIadapt ? "disabled" : "enabled",
+                   ctx->encode_config.rcParams.disableBadapt ? "disabled" : "enabled");
+        }
+    }
+
+    if (ctx->strict_gop) {
+        ctx->encode_config.rcParams.strictGOPTarget = 1;
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Strict GOP target enabled.\n");
+    }
+
+    if (ctx->nonref_p)
+        ctx->encode_config.rcParams.enableNonRefP = 1;
+
+    if (ctx->zerolatency)
+        ctx->encode_config.rcParams.zeroReorderDelay = 1;
+
+    if (ctx->quality)
+    {
+        //convert from float to fixed point 8.8
+        int tmp_quality = (int)(ctx->quality * 256.0f);
+        ctx->encode_config.rcParams.targetQuality = (uint8_t)(tmp_quality >> 8);
+        ctx->encode_config.rcParams.targetQualityLSB = (uint8_t)(tmp_quality & 0xff);
+    }
 }
 
 static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
@@ -691,7 +927,7 @@ static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
 
     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
-    h264->outputAUD     = 1;
+    h264->outputAUD     = ctx->aud;
 
     if (avctx->refs >= 0) {
         /* 0 means "let the hardware decide" */
@@ -703,12 +939,13 @@ static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
 
     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
-        h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
     }
 
-    if (cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||
-        cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP ||
-        cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR) {
+    h264->outputPictureTimingSEI = 1;
+
+    if (cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_LOWDELAY_HQ ||
+        cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR_HQ ||
+        cc->rcParams.rateControlMode == NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_HQ) {
         h264->adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
         h264->fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
     }
@@ -746,6 +983,9 @@ static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
 
     h264->level = ctx->level;
 
+    if (ctx->coder >= 0)
+        h264->entropyCodingMode = ctx->coder;
+
     return 0;
 }
 
@@ -775,7 +1015,7 @@ static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
 
     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
-    hevc->outputAUD     = 1;
+    hevc->outputAUD     = ctx->aud;
 
     if (avctx->refs >= 0) {
         /* 0 means "let the hardware decide" */
@@ -787,12 +1027,40 @@ static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
 
     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
-        hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
     }
 
-    /* No other profile is supported in the current SDK version 5 */
-    cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
-    avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
+    hevc->outputPictureTimingSEI = 1;
+
+    switch (ctx->profile) {
+    case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN:
+        cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
+        avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
+        break;
+    case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_10:
+        cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
+        avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
+        break;
+    case NV_ENC_HEVC_PROFILE_REXT:
+        cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
+        avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
+        break;
+    }
+
+    // force setting profile as main10 if input is 10 bit
+    if (IS_10BIT(ctx->data_pix_fmt)) {
+        cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN10_GUID;
+        avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN_10;
+    }
+
+    // force setting profile as rext if input is yuv444
+    if (IS_YUV444(ctx->data_pix_fmt)) {
+        cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_FREXT_GUID;
+        avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
+    }
+
+    hevc->chromaFormatIDC = IS_YUV444(ctx->data_pix_fmt) ? 3 : 1;
+
+    hevc->pixelBitDepthMinus8 = IS_10BIT(ctx->data_pix_fmt) ? 2 : 0;
 
     hevc->level = ctx->level;
 
@@ -826,8 +1094,6 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     int res = 0;
     int dw, dh;
 
-    ctx->last_dts = AV_NOPTS_VALUE;
-
     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
     ctx->init_encode_params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
 
@@ -852,30 +1118,15 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
 
     ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
 
-    if (avctx->sample_aspect_ratio.num && avctx->sample_aspect_ratio.den &&
-        (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 || avctx->sample_aspect_ratio.num != 1)) {
-        av_reduce(&dw, &dh,
-                  avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
-                  avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
-                  1024 * 1024);
-        ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
-        ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
-    } else {
-        ctx->init_encode_params.darHeight = avctx->height;
-        ctx->init_encode_params.darWidth = avctx->width;
-    }
-
-    // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
-    // playback at 704 pixel width.
-    if (avctx->width == 720 &&
-        (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
-        av_reduce(&dw, &dh,
-                  ctx->init_encode_params.darWidth * 44,
-                  ctx->init_encode_params.darHeight * 45,
-                  1024 * 1024);
-        ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
-        ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
+    dw = avctx->width;
+    dh = avctx->height;
+    if (avctx->sample_aspect_ratio.num > 0 && avctx->sample_aspect_ratio.den > 0) {
+        dw*= avctx->sample_aspect_ratio.num;
+        dh*= avctx->sample_aspect_ratio.den;
     }
+    av_reduce(&dw, &dh, dw, dh, 1024 * 1024);
+    ctx->init_encode_params.darHeight = dh;
+    ctx->init_encode_params.darWidth = dw;
 
     ctx->init_encode_params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
     ctx->init_encode_params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
@@ -883,9 +1134,27 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     ctx->init_encode_params.enableEncodeAsync = 0;
     ctx->init_encode_params.enablePTD = 1;
 
+    if (ctx->weighted_pred == 1)
+        ctx->init_encode_params.enableWeightedPrediction = 1;
+
+    if (ctx->bluray_compat) {
+        ctx->aud = 1;
+        avctx->refs = FFMIN(FFMAX(avctx->refs, 0), 6);
+        avctx->max_b_frames = FFMIN(avctx->max_b_frames, 3);
+        switch (avctx->codec->id) {
+        case AV_CODEC_ID_H264:
+            /* maximum level depends on used resolution */
+            break;
+        case AV_CODEC_ID_HEVC:
+            ctx->level = NV_ENC_LEVEL_HEVC_51;
+            ctx->tier = NV_ENC_TIER_HEVC_HIGH;
+            break;
+        }
+    }
+
     if (avctx->gop_size > 0) {
         if (avctx->max_b_frames >= 0) {
-            /* 0 is intra-only, 1 is I/P only, 2 is one B Frame, 3 two B frames, and so on. */
+            /* 0 is intra-only, 1 is I/P only, 2 is one B-Frame, 3 two B-frames, and so on. */
             ctx->encode_config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
         }
 
@@ -895,9 +1164,10 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
         ctx->encode_config.gopLength = 1;
     }
 
-    /* when there're b frames, set dts offset */
-    if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
-        ctx->last_dts = -2;
+    ctx->initial_pts[0] = AV_NOPTS_VALUE;
+    ctx->initial_pts[1] = AV_NOPTS_VALUE;
+
+    nvenc_recalc_surfaces(avctx);
 
     nvenc_setup_rate_control(avctx);
 
@@ -911,7 +1181,16 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     if (res)
         return res;
 
+    res = nvenc_push_context(avctx);
+    if (res < 0)
+        return res;
+
     nv_status = p_nvenc->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvencoder, &ctx->init_encode_params);
+
+    res = nvenc_pop_context(avctx);
+    if (res < 0)
+        return res;
+
     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "InitializeEncoder failed");
     }
@@ -932,44 +1211,56 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     return 0;
 }
 
+static NV_ENC_BUFFER_FORMAT nvenc_map_buffer_format(enum AVPixelFormat pix_fmt)
+{
+    switch (pix_fmt) {
+    case AV_PIX_FMT_YUV420P:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
+    case AV_PIX_FMT_NV12:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
+    case AV_PIX_FMT_P010:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
+    case AV_PIX_FMT_YUV444P:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
+    case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
+    case AV_PIX_FMT_0RGB32:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_ARGB;
+    case AV_PIX_FMT_0BGR32:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_ABGR;
+    default:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_UNDEFINED;
+    }
+}
+
 static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
 {
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
+    NvencSurface* tmp_surface = &ctx->surfaces[idx];
 
     NVENCSTATUS nv_status;
     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER allocOut = { 0 };
     allocOut.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
 
-    switch (ctx->data_pix_fmt) {
-    case AV_PIX_FMT_YUV420P:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
-        break;
-
-    case AV_PIX_FMT_NV12:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
-        break;
-
-    case AV_PIX_FMT_YUV444P:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
-        break;
-
-    default:
-        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
-        return AVERROR(EINVAL);
-    }
-
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11) {
         ctx->surfaces[idx].in_ref = av_frame_alloc();
         if (!ctx->surfaces[idx].in_ref)
             return AVERROR(ENOMEM);
     } else {
         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER allocSurf = { 0 };
+
+        ctx->surfaces[idx].format = nvenc_map_buffer_format(ctx->data_pix_fmt);
+        if (ctx->surfaces[idx].format == NV_ENC_BUFFER_FORMAT_UNDEFINED) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format: %s\n",
+                   av_get_pix_fmt_name(ctx->data_pix_fmt));
+            return AVERROR(EINVAL);
+        }
+
         allocSurf.version = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
-        allocSurf.width = (avctx->width + 31) & ~31;
-        allocSurf.height = (avctx->height + 31) & ~31;
-        allocSurf.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
+        allocSurf.width = avctx->width;
+        allocSurf.height = avctx->height;
         allocSurf.bufferFmt = ctx->surfaces[idx].format;
 
         nv_status = p_nvenc->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvencoder, &allocSurf);
@@ -982,17 +1273,10 @@ static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
         ctx->surfaces[idx].height = allocSurf.height;
     }
 
-    ctx->surfaces[idx].lockCount = 0;
-
-    /* 1MB is large enough to hold most output frames. NVENC increases this automaticaly if it's not enough. */
-    allocOut.size = 1024 * 1024;
-
-    allocOut.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_CACHED;
-
     nv_status = p_nvenc->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, &allocOut);
     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
         int err = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateBitstreamBuffer failed");
-        if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
+        if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_D3D11)
             p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[idx].input_surface);
         av_frame_free(&ctx->surfaces[idx].in_ref);
         return err;
@@ -1001,18 +1285,15 @@ static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
     ctx->surfaces[idx].output_surface = allocOut.bitstreamBuffer;
     ctx->surfaces[idx].size = allocOut.size;
 
+    av_fifo_generic_write(ctx->unused_surface_queue, &tmp_surface, sizeof(tmp_surface), NULL);
+
     return 0;
 }
 
 static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
 {
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
-    int i, res;
-    int num_mbs = ((avctx->width + 15) >> 4) * ((avctx->height + 15) >> 4);
-    ctx->nb_surfaces = FFMAX((num_mbs >= 8160) ? 32 : 48,
-                             ctx->nb_surfaces);
-    ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
-
+    int i, res = 0, res2;
 
     ctx->surfaces = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->surfaces));
     if (!ctx->surfaces)
@@ -1021,6 +1302,11 @@ static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
     ctx->timestamp_list = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
     if (!ctx->timestamp_list)
         return AVERROR(ENOMEM);
+
+    ctx->unused_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
+    if (!ctx->unused_surface_queue)
+        return AVERROR(ENOMEM);
+
     ctx->output_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
     if (!ctx->output_surface_queue)
         return AVERROR(ENOMEM);
@@ -1028,12 +1314,21 @@ static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
     if (!ctx->output_surface_ready_queue)
         return AVERROR(ENOMEM);
 
+    res = nvenc_push_context(avctx);
+    if (res < 0)
+        return res;
+
     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
         if ((res = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
-            return res;
+            goto fail;
     }
 
-    return 0;
+fail:
+    res2 = nvenc_pop_context(avctx);
+    if (res2 < 0)
+        return res2;
+
+    return res;
 }
 
 static av_cold int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
@@ -1074,27 +1369,29 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
     NvencContext *ctx               = avctx->priv_data;
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
-    int i;
+    int i, res;
 
     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
     if (ctx->nvencoder) {
         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
 
+        res = nvenc_push_context(avctx);
+        if (res < 0)
+            return res;
+
         p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &params);
     }
 
     av_fifo_freep(&ctx->timestamp_list);
     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_ready_queue);
     av_fifo_freep(&ctx->output_surface_queue);
+    av_fifo_freep(&ctx->unused_surface_queue);
 
-    if (ctx->surfaces && avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
-        for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
-            if (ctx->surfaces[i].input_surface) {
-                 p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].in_map.mappedResource);
-            }
-        }
+    if (ctx->surfaces && (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11)) {
         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
+            if (ctx->registered_frames[i].mapped)
+                p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].in_map.mappedResource);
             if (ctx->registered_frames[i].regptr)
                 p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
         }
@@ -1103,7 +1400,7 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 
     if (ctx->surfaces) {
         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
-            if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
+            if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_D3D11)
                 p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].input_surface);
             av_frame_free(&ctx->surfaces[i].in_ref);
             p_nvenc->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[i].output_surface);
@@ -1112,34 +1409,30 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
     av_freep(&ctx->surfaces);
     ctx->nb_surfaces = 0;
 
-    if (ctx->nvencoder)
+    if (ctx->nvencoder) {
         p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
+
+        res = nvenc_pop_context(avctx);
+        if (res < 0)
+            return res;
+    }
     ctx->nvencoder = NULL;
 
     if (ctx->cu_context_internal)
-        dl_fn->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
+        dl_fn->cuda_dl->cuCtxDestroy(ctx->cu_context_internal);
     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
 
-    if (dl_fn->nvenc)
-        dlclose(dl_fn->nvenc);
-    dl_fn->nvenc = NULL;
-
-    dl_fn->nvenc_device_count = 0;
-
-#if !CONFIG_CUDA
-    if (dl_fn->cuda)
-        dlclose(dl_fn->cuda);
-    dl_fn->cuda = NULL;
+#if CONFIG_D3D11VA
+    if (ctx->d3d11_device) {
+        ID3D11Device_Release(ctx->d3d11_device);
+        ctx->d3d11_device = NULL;
+    }
 #endif
 
-    dl_fn->cu_init = NULL;
-    dl_fn->cu_device_get_count = NULL;
-    dl_fn->cu_device_get = NULL;
-    dl_fn->cu_device_get_name = NULL;
-    dl_fn->cu_device_compute_capability = NULL;
-    dl_fn->cu_ctx_create = NULL;
-    dl_fn->cu_ctx_pop_current = NULL;
-    dl_fn->cu_ctx_destroy = NULL;
+    nvenc_free_functions(&dl_fn->nvenc_dl);
+    cuda_free_functions(&dl_fn->cuda_dl);
+
+    dl_fn->nvenc_device_count = 0;
 
     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
 
@@ -1151,7 +1444,7 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     int ret;
 
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11) {
         AVHWFramesContext *frames_ctx;
         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
@@ -1159,6 +1452,11 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
             return AVERROR(EINVAL);
         }
         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
+        if (frames_ctx->format != avctx->pix_fmt) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
+                   "hw_frames_ctx must match the GPU frame type\n");
+            return AVERROR(EINVAL);
+        }
         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
     } else {
         ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
@@ -1186,70 +1484,42 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 
 static NvencSurface *get_free_frame(NvencContext *ctx)
 {
-    int i;
+    NvencSurface *tmp_surf;
 
-    for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
-        if (!ctx->surfaces[i].lockCount) {
-            ctx->surfaces[i].lockCount = 1;
-            return &ctx->surfaces[i];
-        }
-    }
+    if (!(av_fifo_size(ctx->unused_surface_queue) > 0))
+        // queue empty
+        return NULL;
 
-    return NULL;
+    av_fifo_generic_read(ctx->unused_surface_queue, &tmp_surf, sizeof(tmp_surf), NULL);
+    return tmp_surf;
 }
 
-static int nvenc_copy_frame(AVCodecContext *avctx, NvencSurface *inSurf,
-            NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lockBufferParams, const AVFrame *frame)
+static int nvenc_copy_frame(AVCodecContext *avctx, NvencSurface *nv_surface,
+            NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lock_buffer_params, const AVFrame *frame)
 {
-    uint8_t *buf = lockBufferParams->bufferDataPtr;
-    int off = inSurf->height * lockBufferParams->pitch;
-
-    if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P) {
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[0], frame->linesize[0],
-            avctx->width, avctx->height);
-
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
-            frame->data[2], frame->linesize[2],
-            avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
-
-        buf += off >> 2;
-
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch >> 1,
-            frame->data[1], frame->linesize[1],
-            avctx->width >> 1, avctx->height >> 1);
-    } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_NV12) {
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[0], frame->linesize[0],
-            avctx->width, avctx->height);
-
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[1], frame->linesize[1],
-            avctx->width, avctx->height >> 1);
-    } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[0], frame->linesize[0],
-            avctx->width, avctx->height);
+    int dst_linesize[4] = {
+        lock_buffer_params->pitch,
+        lock_buffer_params->pitch,
+        lock_buffer_params->pitch,
+        lock_buffer_params->pitch
+    };
+    uint8_t *dst_data[4];
+    int ret;
 
-        buf += off;
+    if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P)
+        dst_linesize[1] = dst_linesize[2] >>= 1;
 
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[1], frame->linesize[1],
-            avctx->width, avctx->height);
+    ret = av_image_fill_pointers(dst_data, frame->format, nv_surface->height,
+                                 lock_buffer_params->bufferDataPtr, dst_linesize);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
 
-        buf += off;
+    if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P)
+        FFSWAP(uint8_t*, dst_data[1], dst_data[2]);
 
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[2], frame->linesize[2],
-            avctx->width, avctx->height);
-    } else {
-        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid pixel format!\n");
-        return AVERROR(EINVAL);
-    }
+    av_image_copy(dst_data, dst_linesize,
+                  (const uint8_t**)frame->data, frame->linesize, frame->format,
+                  avctx->width, avctx->height);
 
     return 0;
 }
@@ -1259,6 +1529,7 @@ static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
+    NVENCSTATUS nv_status;
 
     int i;
 
@@ -1266,8 +1537,10 @@ static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
-                    p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder,
-                                                ctx->registered_frames[i].regptr);
+                    nv_status = p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
+                    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
+                        return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unregistering unused input resource");
+                    ctx->registered_frames[i].ptr = NULL;
                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
                 }
                 return i;
@@ -1287,12 +1560,14 @@ static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
 
-    AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
+    AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)frame->hw_frames_ctx->data;
     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
     int i, idx, ret;
 
     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
-        if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
+        if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA && ctx->registered_frames[i].ptr == frame->data[0])
+            return i;
+        else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11 && ctx->registered_frames[i].ptr == frame->data[0] && ctx->registered_frames[i].ptr_index == (intptr_t)frame->data[1])
             return i;
     }
 
@@ -1301,21 +1576,35 @@ static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
         return idx;
 
     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
-    reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
     reg.width              = frames_ctx->width;
     reg.height             = frames_ctx->height;
-    reg.bufferFormat       = ctx->surfaces[0].format;
     reg.pitch              = frame->linesize[0];
     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
 
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+        reg.resourceType   = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
+    }
+    else if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11) {
+        reg.resourceType     = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_DIRECTX;
+        reg.subResourceIndex = (intptr_t)frame->data[1];
+    }
+
+    reg.bufferFormat       = nvenc_map_buffer_format(frames_ctx->sw_format);
+    if (reg.bufferFormat == NV_ENC_BUFFER_FORMAT_UNDEFINED) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format: %s\n",
+               av_get_pix_fmt_name(frames_ctx->sw_format));
+        return AVERROR(EINVAL);
+    }
+
     ret = p_nvenc->nvEncRegisterResource(ctx->nvencoder, &reg);
     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
         return AVERROR_UNKNOWN;
     }
 
-    ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
-    ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
+    ctx->registered_frames[idx].ptr       = frame->data[0];
+    ctx->registered_frames[idx].ptr_index = reg.subResourceIndex;
+    ctx->registered_frames[idx].regptr    = reg.registeredResource;
     return idx;
 }
 
@@ -1329,10 +1618,10 @@ static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
     int res;
     NVENCSTATUS nv_status;
 
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11) {
         int reg_idx = nvenc_register_frame(avctx, frame);
         if (reg_idx < 0) {
-            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input HW frame\n");
             return reg_idx;
         }
 
@@ -1340,17 +1629,23 @@ static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
         if (res < 0)
             return res;
 
-        nvenc_frame->in_map.version = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
-        nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
-        nv_status = p_nvenc->nvEncMapInputResource(ctx->nvencoder, &nvenc_frame->in_map);
-        if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
-            av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
-            return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Error mapping an input resource");
+        if (!ctx->registered_frames[reg_idx].mapped) {
+            ctx->registered_frames[reg_idx].in_map.version = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
+            ctx->registered_frames[reg_idx].in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
+            nv_status = p_nvenc->nvEncMapInputResource(ctx->nvencoder, &ctx->registered_frames[reg_idx].in_map);
+            if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+                av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
+                return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Error mapping an input resource");
+            }
         }
 
-        ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
+        ctx->registered_frames[reg_idx].mapped += 1;
+
         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
-        nvenc_frame->input_surface             = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
+        nvenc_frame->input_surface             = ctx->registered_frames[reg_idx].in_map.mappedResource;
+        nvenc_frame->format                    = ctx->registered_frames[reg_idx].in_map.mappedBufferFmt;
+        nvenc_frame->pitch                     = frame->linesize[0];
+
         return 0;
     } else {
         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER lockBufferParams = { 0 };
@@ -1363,6 +1658,7 @@ static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
             return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking nvenc input buffer");
         }
 
+        nvenc_frame->pitch = lockBufferParams.pitch;
         res = nvenc_copy_frame(avctx, nvenc_frame, &lockBufferParams, frame);
 
         nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvencoder, nvenc_frame->input_surface);
@@ -1416,19 +1712,30 @@ static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
 
     pkt->pts = params->outputTimeStamp;
-    pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
 
-    /* when there're b frame(s), set dts offset */
-    if (ctx->encode_config.frameIntervalP >= 2)
-        pkt->dts -= 1;
+    /* generate the first dts by linearly extrapolating the
+     * first two pts values to the past */
+    if (avctx->max_b_frames > 0 && !ctx->first_packet_output &&
+        ctx->initial_pts[1] != AV_NOPTS_VALUE) {
+        int64_t ts0 = ctx->initial_pts[0], ts1 = ctx->initial_pts[1];
+        int64_t delta;
+
+        if ((ts0 < 0 && ts1 > INT64_MAX + ts0) ||
+            (ts0 > 0 && ts1 < INT64_MIN + ts0))
+            return AVERROR(ERANGE);
+        delta = ts1 - ts0;
+
+        if ((delta < 0 && ts0 > INT64_MAX + delta) ||
+            (delta > 0 && ts0 < INT64_MIN + delta))
+            return AVERROR(ERANGE);
+        pkt->dts = ts0 - delta;
 
-    if (pkt->dts > pkt->pts)
-        pkt->dts = pkt->pts;
+        ctx->first_packet_output = 1;
+        return 0;
+    }
 
-    if (ctx->last_dts != AV_NOPTS_VALUE && pkt->dts <= ctx->last_dts)
-        pkt->dts = ctx->last_dts + 1;
+    pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
 
-    ctx->last_dts = pkt->dts;
     return 0;
 }
 
@@ -1439,7 +1746,7 @@ static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSur
     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
 
     uint32_t slice_mode_data;
-    uint32_t *slice_offsets;
+    uint32_t *slice_offsets = NULL;
     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM lock_params = { 0 };
     NVENCSTATUS nv_status;
     int res = 0;
@@ -1460,8 +1767,10 @@ static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSur
     }
     slice_offsets = av_mallocz(slice_mode_data * sizeof(*slice_offsets));
 
-    if (!slice_offsets)
+    if (!slice_offsets) {
+        res = AVERROR(ENOMEM);
         goto error;
+    }
 
     lock_params.version = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
 
@@ -1483,14 +1792,33 @@ static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSur
     memcpy(pkt->data, lock_params.bitstreamBufferPtr, lock_params.bitstreamSizeInBytes);
 
     nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
-    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
-        nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking bitstream buffer, expect the gates of mordor to open");
+    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+        res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking bitstream buffer, expect the gates of mordor to open");
+        goto error;
+    }
 
 
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
-        p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->in_map.mappedResource);
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA || avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_D3D11) {
+        ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped -= 1;
+        if (ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped == 0) {
+            nv_status = p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].in_map.mappedResource);
+            if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+                res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unmapping input resource");
+                goto error;
+            }
+            nv_status = p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].regptr);
+            if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+                res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unregistering input resource");
+                goto error;
+            }
+            ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].ptr = NULL;
+            ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].regptr = NULL;
+        } else if (ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped < 0) {
+            res = AVERROR_BUG;
+            goto error;
+        }
+
         av_frame_unref(tmpoutsurf->in_ref);
-        ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped = 0;
 
         tmpoutsurf->input_surface = NULL;
     }
@@ -1548,6 +1876,12 @@ static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     int nb_ready, nb_pending;
 
+    /* when B-frames are enabled, we wait for two initial timestamps to
+     * calculate the first dts */
+    if (!flush && avctx->max_b_frames > 0 &&
+        (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE || ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE))
+        return 0;
+
     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->output_surface_ready_queue)   / sizeof(NvencSurface*);
     nb_pending = av_fifo_size(ctx->output_surface_queue)         / sizeof(NvencSurface*);
     if (flush)
@@ -1555,12 +1889,11 @@ static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
     return (nb_ready > 0) && (nb_ready + nb_pending >= ctx->async_depth);
 }
 
-int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
-                          const AVFrame *frame, int *got_packet)
+int ff_nvenc_send_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
 {
     NVENCSTATUS nv_status;
-    NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
-    int res;
+    NvencSurface *tmp_out_surf, *in_surf;
+    int res, res2;
 
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
@@ -1569,24 +1902,36 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
     NV_ENC_PIC_PARAMS pic_params = { 0 };
     pic_params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
 
+    if ((!ctx->cu_context && !ctx->d3d11_device) || !ctx->nvencoder)
+        return AVERROR(EINVAL);
+
+    if (ctx->encoder_flushing)
+        return AVERROR_EOF;
+
     if (frame) {
-        inSurf = get_free_frame(ctx);
-        if (!inSurf) {
-            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No free surfaces\n");
-            return AVERROR_BUG;
-        }
+        in_surf = get_free_frame(ctx);
+        if (!in_surf)
+            return AVERROR(EAGAIN);
 
-        res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, inSurf);
-        if (res) {
-            inSurf->lockCount = 0;
+        res = nvenc_push_context(avctx);
+        if (res < 0)
             return res;
-        }
 
-        pic_params.inputBuffer = inSurf->input_surface;
-        pic_params.bufferFmt = inSurf->format;
-        pic_params.inputWidth = avctx->width;
-        pic_params.inputHeight = avctx->height;
-        pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
+        res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, in_surf);
+
+        res2 = nvenc_pop_context(avctx);
+        if (res2 < 0)
+            return res2;
+
+        if (res)
+            return res;
+
+        pic_params.inputBuffer = in_surf->input_surface;
+        pic_params.bufferFmt = in_surf->format;
+        pic_params.inputWidth = in_surf->width;
+        pic_params.inputHeight = in_surf->height;
+        pic_params.inputPitch = in_surf->pitch;
+        pic_params.outputBitstream = in_surf->output_surface;
 
         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
             if (frame->top_field_first)
@@ -1597,47 +1942,111 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
             pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
         }
 
-        pic_params.encodePicFlags = 0;
+        if (ctx->forced_idr >= 0 && frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I) {
+            pic_params.encodePicFlags =
+                ctx->forced_idr ? NV_ENC_PIC_FLAG_FORCEIDR : NV_ENC_PIC_FLAG_FORCEINTRA;
+        } else {
+            pic_params.encodePicFlags = 0;
+        }
+
         pic_params.inputTimeStamp = frame->pts;
-        pic_params.inputDuration = 0;
 
         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
     } else {
         pic_params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
+        ctx->encoder_flushing = 1;
     }
 
+    res = nvenc_push_context(avctx);
+    if (res < 0)
+        return res;
+
     nv_status = p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &pic_params);
+
+    res = nvenc_pop_context(avctx);
+    if (res < 0)
+        return res;
+
     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS &&
         nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "EncodePicture failed!");
 
     if (frame) {
-        av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), NULL);
+        av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &in_surf, sizeof(in_surf), NULL);
         timestamp_queue_enqueue(ctx->timestamp_list, frame->pts);
+
+        if (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE)
+            ctx->initial_pts[0] = frame->pts;
+        else if (ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE)
+            ctx->initial_pts[1] = frame->pts;
     }
 
     /* all the pending buffers are now ready for output */
     if (nv_status == NV_ENC_SUCCESS) {
         while (av_fifo_size(ctx->output_surface_queue) > 0) {
-            av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
-            av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
+            av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_queue, &tmp_out_surf, sizeof(tmp_out_surf), NULL);
+            av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_ready_queue, &tmp_out_surf, sizeof(tmp_out_surf), NULL);
         }
     }
 
-    if (output_ready(avctx, !frame)) {
-        av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
+    return 0;
+}
 
-        res = process_output_surface(avctx, pkt, tmpoutsurf);
+int ff_nvenc_receive_packet(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt)
+{
+    NvencSurface *tmp_out_surf;
+    int res, res2;
 
-        if (res)
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+
+    if ((!ctx->cu_context && !ctx->d3d11_device) || !ctx->nvencoder)
+        return AVERROR(EINVAL);
+
+    if (output_ready(avctx, ctx->encoder_flushing)) {
+        av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmp_out_surf, sizeof(tmp_out_surf), NULL);
+
+        res = nvenc_push_context(avctx);
+        if (res < 0)
             return res;
 
-        av_assert0(tmpoutsurf->lockCount);
-        tmpoutsurf->lockCount--;
+        res = process_output_surface(avctx, pkt, tmp_out_surf);
 
-        *got_packet = 1;
+        res2 = nvenc_pop_context(avctx);
+        if (res2 < 0)
+            return res2;
+
+        if (res)
+            return res;
+
+        av_fifo_generic_write(ctx->unused_surface_queue, &tmp_out_surf, sizeof(tmp_out_surf), NULL);
+    } else if (ctx->encoder_flushing) {
+        return AVERROR_EOF;
     } else {
+        return AVERROR(EAGAIN);
+    }
+
+    return 0;
+}
+
+int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
+                          const AVFrame *frame, int *got_packet)
+{
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    int res;
+
+    if (!ctx->encoder_flushing) {
+        res = ff_nvenc_send_frame(avctx, frame);
+        if (res < 0)
+            return res;
+    }
+
+    res = ff_nvenc_receive_packet(avctx, pkt);
+    if (res == AVERROR(EAGAIN) || res == AVERROR_EOF) {
         *got_packet = 0;
+    } else if (res < 0) {
+        return res;
+    } else {
+        *got_packet = 1;
     }
 
     return 0;