avcodec/nvenc: support external context in sw mode
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
index 5706590..ab04a93 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)
-
 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
     AV_PIX_FMT_YUV420P,
     AV_PIX_FMT_NV12,
     AV_PIX_FMT_P010,
     AV_PIX_FMT_YUV444P,
     AV_PIX_FMT_YUV444P16,
-#if CONFIG_CUDA
+    AV_PIX_FMT_0RGB32,
+    AV_PIX_FMT_0BGR32,
     AV_PIX_FMT_CUDA,
-#endif
     AV_PIX_FMT_NONE
 };
 
-#define IS_10BIT(pix_fmt) (pix_fmt == AV_PIX_FMT_P010 ||    \
-                           pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P16)
+#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)
@@ -110,7 +73,7 @@ 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"          },
@@ -140,7 +103,7 @@ 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;
@@ -151,42 +114,37 @@ static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
 
 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);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
+
+    ret = nvenc_load_functions(&dl_fn->nvenc_dl);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
 
-    LOAD_LIBRARY(dl_fn->nvenc, NVENC_LIBNAME);
+    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_SYMBOL(nvenc_create_instance, dl_fn->nvenc,
-                "NvEncodeAPICreateInstance");
+    av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Loaded Nvenc version %d.%d\n", nvenc_max_ver >> 4, nvenc_max_ver & 0xf);
+
+    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);
+        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");
 
@@ -218,7 +176,7 @@ 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;
@@ -328,6 +286,18 @@ static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
         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);
+    }
+
     return 0;
 }
 
@@ -346,7 +316,7 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
     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",
@@ -354,13 +324,17 @@ 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) {
@@ -368,7 +342,10 @@ 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;
@@ -376,7 +353,7 @@ 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);
+    cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuCtxPopCurrent(&dummy);
     if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
         av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Failed popping CUDA context: 0x%x\n", (int)cu_res);
         goto fail2;
@@ -392,7 +369,7 @@ 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:
@@ -400,7 +377,7 @@ fail3:
     ctx->nvencoder = NULL;
 
 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:
@@ -409,7 +386,7 @@ 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) {
@@ -423,17 +400,21 @@ 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->hw_frames_ctx || avctx->hw_device_ctx) {
         AVHWFramesContext   *frames_ctx;
+        AVHWDeviceContext   *hwdev_ctx;
         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
         int ret;
 
-        if (!avctx->hw_frames_ctx)
+        if (avctx->hw_frames_ctx) {
+            frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
+            device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
+        } else if (avctx->hw_device_ctx) {
+            hwdev_ctx = (AVHWDeviceContext*)avctx->hw_device_ctx->data;
+            device_hwctx = hwdev_ctx->hwctx;
+        } 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;
 
@@ -446,19 +427,16 @@ 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;
@@ -485,7 +463,7 @@ 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);
     }
 
@@ -497,21 +475,26 @@ 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];
@@ -520,15 +503,37 @@ 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;
@@ -546,7 +551,7 @@ 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;
@@ -566,16 +571,33 @@ static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
     }
 
     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;
     }
 }
 
@@ -587,7 +609,7 @@ 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;
@@ -600,23 +622,8 @@ 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,
@@ -625,6 +632,9 @@ static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
             set_vbr(avctx);
             return;
         }
+        /* fall through */
+    case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
+    case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
         set_vbr(avctx);
         break;
     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
@@ -636,10 +646,55 @@ static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
     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,
+                   "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
+    }
+
+    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) {
@@ -664,7 +719,7 @@ static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
             } 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;
@@ -687,6 +742,51 @@ 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)
+        ctx->encode_config.rcParams.targetQuality = ctx->quality;
 }
 
 static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
@@ -715,7 +815,7 @@ 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" */
@@ -799,7 +899,7 @@ 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" */
@@ -814,14 +914,18 @@ static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
     }
 
-    switch(ctx->profile) {
+    switch (ctx->profile) {
     case NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN:
         cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
-        avctx->profile = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
+        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;
+        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;
     }
 
@@ -831,6 +935,12 @@ static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
         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;
@@ -891,30 +1001,15 @@ 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;
@@ -922,6 +1017,21 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     ctx->init_encode_params.enableEncodeAsync = 0;
     ctx->init_encode_params.enablePTD = 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. */
@@ -937,6 +1047,8 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     ctx->initial_pts[0] = AV_NOPTS_VALUE;
     ctx->initial_pts[1] = AV_NOPTS_VALUE;
 
+    nvenc_recalc_surfaces(avctx);
+
     nvenc_setup_rate_control(avctx);
 
     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
@@ -970,48 +1082,53 @@ 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_P010:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
-        break;
-
-    case AV_PIX_FMT_YUV444P:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
-        break;
-
-    case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
-        break;
-
-    default:
-        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
-        return AVERROR(EINVAL);
-    }
-
     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
         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;
@@ -1028,8 +1145,6 @@ 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 is not enough. */
     allocOut.size = 1024 * 1024;
@@ -1048,6 +1163,8 @@ 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;
 }
 
@@ -1055,11 +1172,6 @@ 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);
-
 
     ctx->surfaces = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->surfaces));
     if (!ctx->surfaces)
@@ -1068,6 +1180,11 @@ 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);
@@ -1134,6 +1251,7 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
     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) {
@@ -1164,30 +1282,14 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
     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;
+    nvenc_free_functions(&dl_fn->nvenc_dl);
+    cuda_free_functions(&dl_fn->cuda_dl);
 
     dl_fn->nvenc_device_count = 0;
 
-#if !CONFIG_CUDA
-    if (dl_fn->cuda)
-        dlclose(dl_fn->cuda);
-    dl_fn->cuda = 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;
-
     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
 
     return 0;
@@ -1233,96 +1335,42 @@ 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_P010) {
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[0], frame->linesize[0],
-            avctx->width << 1, avctx->height);
-
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[1], frame->linesize[1],
-            avctx->width << 1, 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);
-
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[1], frame->linesize[1],
-            avctx->width, avctx->height);
-
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[2], frame->linesize[2],
-            avctx->width, avctx->height);
-    } else if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV444P16) {
-        av_image_copy_plane(buf, lockBufferParams->pitch,
-            frame->data[0], frame->linesize[0],
-            avctx->width << 1, 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 << 1, 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 << 1, 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;
 }
@@ -1377,10 +1425,16 @@ static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
     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];
 
+    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");
@@ -1424,6 +1478,8 @@ static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
         nvenc_frame->input_surface             = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
+        nvenc_frame->format                    = nvenc_frame->in_map.mappedBufferFmt;
+        nvenc_frame->pitch                     = frame->linesize[0];
         return 0;
     } else {
         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER lockBufferParams = { 0 };
@@ -1436,6 +1492,7 @@ 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);
@@ -1523,7 +1580,7 @@ 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;
@@ -1649,6 +1706,8 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
                           const AVFrame *frame, int *got_packet)
 {
     NVENCSTATUS nv_status;
+    CUresult cu_res;
+    CUcontext dummy;
     NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
     int res;
 
@@ -1666,9 +1725,21 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
             return AVERROR_BUG;
         }
 
+        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;
+        }
+
         res = nvenc_upload_frame(avctx, frame, inSurf);
+
+        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;
+        }
+
         if (res) {
-            inSurf->lockCount = 0;
             return res;
         }
 
@@ -1676,6 +1747,7 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
         pic_params.bufferFmt = inSurf->format;
         pic_params.inputWidth = avctx->width;
         pic_params.inputHeight = avctx->height;
+        pic_params.inputPitch = inSurf->pitch;
         pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
 
         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
@@ -1687,7 +1759,13 @@ 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;
 
         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
@@ -1695,7 +1773,20 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
         pic_params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
     }
 
+    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;
+    }
+
     nv_status = p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &pic_params);
+
+    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;
+    }
+
     if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS &&
         nv_status != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
         return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "EncodePicture failed!");
@@ -1726,8 +1817,7 @@ int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
         if (res)
             return res;
 
-        av_assert0(tmpoutsurf->lockCount);
-        tmpoutsurf->lockCount--;
+        av_fifo_generic_write(ctx->unused_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
 
         *got_packet = 1;
     } else {