avcodec/nvenc: support external context in sw mode
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
index caf683e..ab04a93 100644 (file)
@@ -1,88 +1,59 @@
 /*
- * NVIDIA NVENC Support
- * Copyright (C) 2015 Luca Barbato
+ * H.264/HEVC hardware encoding using nvidia nvenc
+ * Copyright (c) 2016 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
  *
- * This file is part of Libav.
+ * This file is part of FFmpeg.
  *
- * Libav is free software; you can redistribute it and/or
+ * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  * License as published by the Free Software Foundation; either
  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  *
- * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
+ * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  * Lesser General Public License for more details.
  *
  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
- * License along with Libav; if not, write to the Free Software
+ * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  */
 
 #include "config.h"
 
-#include <cuda.h>
-#include <nvEncodeAPI.h>
-#include <string.h>
-
-#define CUDA_LIBNAME "libcuda.so"
-
-#if HAVE_DLFCN_H
-#include <dlfcn.h>
-
-#define NVENC_LIBNAME "libnvidia-encode.so"
-
-#elif HAVE_WINDOWS_H
-#include <windows.h>
-
-#if ARCH_X86_64
-#define NVENC_LIBNAME "nvEncodeAPI64.dll"
-#else
-#define NVENC_LIBNAME "nvEncodeAPI.dll"
-#endif
-
-#define dlopen(filename, flags) LoadLibrary((filename))
-#define dlsym(handle, symbol)   GetProcAddress(handle, symbol)
-#define dlclose(handle)         FreeLibrary(handle)
-#endif
+#include "nvenc.h"
 
-#include "libavutil/common.h"
+#include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
+#include "libavutil/hwcontext.h"
 #include "libavutil/imgutils.h"
+#include "libavutil/avassert.h"
 #include "libavutil/mem.h"
-#include "avcodec.h"
+#include "libavutil/pixdesc.h"
 #include "internal.h"
-#include "nvenc.h"
 
 #define NVENC_CAP 0x30
-#define BITSTREAM_BUFFER_SIZE 1024 * 1024
-
-#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_2_PASS_QUALITY ||    \
+                    rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP)
 
 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
-    AV_PIX_FMT_NV12,
     AV_PIX_FMT_YUV420P,
+    AV_PIX_FMT_NV12,
+    AV_PIX_FMT_P010,
     AV_PIX_FMT_YUV444P,
+    AV_PIX_FMT_YUV444P16,
+    AV_PIX_FMT_0RGB32,
+    AV_PIX_FMT_0BGR32,
+    AV_PIX_FMT_CUDA,
     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 +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"          },
@@ -143,53 +114,61 @@ static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
 
 static av_cold int nvenc_load_libraries(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
-    NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
-    PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvenc_create_instance;
+    NvencContext *ctx            = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
     NVENCSTATUS err;
+    uint32_t nvenc_max_ver;
+    int ret;
+
+    ret = cuda_load_functions(&dl_fn->cuda_dl);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
 
-    LOAD_LIBRARY(nvel->cuda, CUDA_LIBNAME);
+    ret = nvenc_load_functions(&dl_fn->nvenc_dl);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
 
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_init, nvel->cuda, "cuInit");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_count, nvel->cuda, "cuDeviceGetCount");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get, nvel->cuda, "cuDeviceGet");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_name, nvel->cuda, "cuDeviceGetName");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_compute_capability, nvel->cuda,
-                "cuDeviceComputeCapability");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_create, nvel->cuda, "cuCtxCreate_v2");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_pop_current, nvel->cuda, "cuCtxPopCurrent_v2");
-    LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_destroy, nvel->cuda, "cuCtxDestroy_v2");
+    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(nvel->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, nvel->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);
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
 
-    nvel->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
+    dl_fn->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
 
-    err = nvenc_create_instance(&nvel->nvenc_funcs);
+    err = dl_fn->nvenc_dl->NvEncodeAPICreateInstance(&dl_fn->nvenc_funcs);
     if (err != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, err, "Cannot create the NVENC instance");
+        return nvenc_print_error(avctx, err, "Failed to create nvenc instance");
+
+    av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc initialized successfully\n");
 
     return 0;
 }
 
-static int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
 {
     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS params = { 0 };
-    NVENCContext *ctx                           = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv             = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
-    int ret;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &ctx->nvenc_dload_funcs.nvenc_funcs;
+    NVENCSTATUS ret;
 
     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;
 
-    ret = nv->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvenc_ctx);
+    ret = p_nvenc->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvencoder);
     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
-        ctx->nvenc_ctx = NULL;
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot open the NVENC Session");
+        ctx->nvencoder = NULL;
+        return nvenc_print_error(avctx, ret, "OpenEncodeSessionEx failed");
     }
 
     return 0;
@@ -197,12 +176,12 @@ static int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
 
 static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
+    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;
 
-    ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDCount(ctx->nvenc_ctx, &count);
+    ret = p_nvenc->nvEncGetEncodeGUIDCount(ctx->nvencoder, &count);
 
     if (ret != NV_ENC_SUCCESS || !count)
         return AVERROR(ENOSYS);
@@ -211,7 +190,7 @@ static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
     if (!guids)
         return AVERROR(ENOMEM);
 
-    ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDs(ctx->nvenc_ctx, guids, count, &count);
+    ret = p_nvenc->nvEncGetEncodeGUIDs(ctx->nvencoder, guids, count, &count);
     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
         ret = AVERROR(ENOSYS);
         goto fail;
@@ -219,7 +198,7 @@ static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
 
     ret = AVERROR(ENOSYS);
     for (i = 0; i < count; i++) {
-        if (!memcmp(&guids[i], &ctx->params.encodeGUID, sizeof(*guids))) {
+        if (!memcmp(&guids[i], &ctx->init_encode_params.encodeGUID, sizeof(*guids))) {
             ret = 0;
             break;
         }
@@ -233,15 +212,15 @@ fail:
 
 static int nvenc_check_cap(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_CAPS cap)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &ctx->nvenc_dload_funcs.nvenc_funcs;
     NV_ENC_CAPS_PARAM params        = { 0 };
     int ret, val = 0;
 
     params.version     = NV_ENC_CAPS_PARAM_VER;
     params.capsToQuery = cap;
 
-    ret = nv->nvEncGetEncodeCaps(ctx->nvenc_ctx, ctx->params.encodeGUID, &params, &val);
+    ret = p_nvenc->nvEncGetEncodeCaps(ctx->nvencoder, ctx->init_encode_params.encodeGUID, &params, &val);
 
     if (ret == NV_ENC_SUCCESS)
         return val;
@@ -250,6 +229,7 @@ static int nvenc_check_cap(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_CAPS cap)
 
 static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
 {
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     int ret;
 
     ret = nvenc_check_codec_support(avctx);
@@ -259,11 +239,17 @@ static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
     }
 
     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_YUV444_ENCODE);
-    if (avctx->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);
     }
 
+    ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_LOSSLESS_ENCODE);
+    if (ctx->preset >= PRESET_LOSSLESS_DEFAULT && ret <= 0) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Lossless encoding not supported\n");
+        return AVERROR(ENOSYS);
+    }
+
     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_WIDTH_MAX);
     if (ret < avctx->width) {
         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Width %d exceeds %d\n",
@@ -280,21 +266,49 @@ 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);
+    }
+
     return 0;
 }
 
-static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
+static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
-    char name[128]                  = { 0 };
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
+    char name[128] = { 0};
     int major, minor, ret;
+    CUresult cu_res;
     CUdevice cu_device;
     CUcontext dummy;
     int loglevel = AV_LOG_VERBOSE;
@@ -302,34 +316,48 @@ static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
     if (ctx->device == LIST_DEVICES)
         loglevel = AV_LOG_INFO;
 
-    ret = nvel->cu_device_get(&cu_device, idx);
-    if (ret != CUDA_SUCCESS) {
+    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",
                idx);
         return -1;
     }
 
-    ret = nvel->cu_device_get_name(name, sizeof(name), cu_device);
-    if (ret != 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;
+    }
 
-    ret = nvel->cu_device_compute_capability(&major, &minor, cu_device);
-    if (ret != 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, "Device %d [%s] ", cu_device, name);
-
-    if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP)
+    av_log(avctx, loglevel, "[ GPU #%d - < %s > has Compute SM %d.%d ]\n", idx, name, major, minor);
+    if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP) {
+        av_log(avctx, loglevel, "does not support NVENC\n");
         goto fail;
+    }
 
-    ret = nvel->cu_ctx_create(&ctx->cu_context, 0, cu_device);
-    if (ret != CUDA_SUCCESS)
+    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;
+    }
 
-    ret = nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
-    if (ret != CUDA_SUCCESS)
+    ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
+
+    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;
+    }
 
     if ((ret = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
         goto fail2;
@@ -339,63 +367,107 @@ static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
 
     av_log(avctx, loglevel, "supports NVENC\n");
 
-    if (ctx->device == cu_device || ctx->device == ANY_DEVICE)
+    dl_fn->nvenc_device_count++;
+
+    if (ctx->device == idx || ctx->device == ANY_DEVICE)
         return 0;
 
 fail3:
-    nvel->nvenc_funcs.nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
-    ctx->nvenc_ctx = NULL;
+    p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
+    ctx->nvencoder = NULL;
 
 fail2:
-    nvel->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context);
-    ctx->cu_context = NULL;
+    dl_fn->cuda_dl->cuCtxDestroy(ctx->cu_context_internal);
+    ctx->cu_context_internal = NULL;
 
 fail:
-    if (ret != 0)
-        av_log(avctx, loglevel, "does not support NVENC (major %d minor %d)\n",
-               major, minor);
-
     return AVERROR(ENOSYS);
 }
 
-static int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
-    NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
-    int i, nb_devices = 0;
-
-    if ((nvel->cu_init(0)) != CUDA_SUCCESS) {
-        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
-               "Cannot init CUDA\n");
-        return AVERROR_UNKNOWN;
-    }
-
-    if ((nvel->cu_device_get_count(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
-        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
-               "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
-        return AVERROR_UNKNOWN;
-    }
+    NvencContext *ctx            = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
 
     switch (avctx->codec->id) {
     case AV_CODEC_ID_H264:
-        ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
+        ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
         break;
     case AV_CODEC_ID_HEVC:
-        ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
+        ctx->init_encode_params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
         break;
     default:
         return AVERROR_BUG;
     }
 
-    for (i = 0; i < nb_devices; ++i) {
-        if ((nvenc_check_device(avctx, i)) >= 0 && ctx->device != LIST_DEVICES)
-            return 0;
-    }
+    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) {
+            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);
+        }
 
-    if (ctx->device == LIST_DEVICES)
-        return AVERROR_EXIT;
+        ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
 
-    return AVERROR(ENOSYS);
+        ret = nvenc_open_session(avctx);
+        if (ret < 0)
+            return ret;
+
+        ret = nvenc_check_capabilities(avctx);
+        if (ret < 0) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Provided device doesn't support required NVENC features\n");
+            return ret;
+        }
+    } else {
+        int i, nb_devices = 0;
+
+        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->cuda_dl->cuDeviceGetCount(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
+                   "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
+            return AVERROR_UNKNOWN;
+        }
+
+        if (!nb_devices) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No CUDA capable devices found\n");
+                return AVERROR_EXTERNAL;
+        }
+
+        av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "%d CUDA capable devices found\n", nb_devices);
+
+        dl_fn->nvenc_device_count = 0;
+        for (i = 0; i < nb_devices; ++i) {
+            if ((nvenc_check_device(avctx, i)) >= 0 && ctx->device != LIST_DEVICES)
+                return 0;
+        }
+
+        if (ctx->device == LIST_DEVICES)
+            return AVERROR_EXIT;
+
+        if (!dl_fn->nvenc_device_count) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "No NVENC capable devices found\n");
+            return AVERROR_EXTERNAL;
+        }
+
+        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Requested GPU %d, but only %d GPUs are available!\n", ctx->device, nb_devices);
+        return AVERROR(EINVAL);
+    }
+
+    return 0;
 }
 
 typedef struct GUIDTuple {
@@ -403,472 +475,844 @@ typedef struct GUIDTuple {
     int flags;
 } GUIDTuple;
 
-static int nvec_map_preset(NVENCContext *ctx)
+#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_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_HP_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
-        { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
-        { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID,    NVENC_LOSSLESS },
-        { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID,         NVENC_LOSSLESS },
-        { { 0 } }
+        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];
 
-    ctx->params.presetGUID = t->guid;
-    ctx->flags             = t->flags;
-
-    return AVERROR(EINVAL);
+    ctx->init_encode_params.presetGUID = t->guid;
+    ctx->flags = t->flags;
 }
 
-static void set_constqp(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
+#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;
 }
 
-static void set_vbr(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
+static av_cold void set_vbr(AVCodecContext *avctx)
 {
-    if (avctx->qmin >= 0) {
-        rc->enableMinQP    = 1;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
+    int qp_inter_p;
+
+    if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
+        rc->enableMinQP = 1;
+        rc->enableMaxQP = 1;
+
         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
         rc->minQP.qpIntra  = avctx->qmin;
-    }
 
-    if (avctx->qmax >= 0) {
-        rc->enableMaxQP = 1;
         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
-        rc->maxQP.qpIntra  = 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;
+
+    if (ctx->init_qp_p < 0) {
+        rc->initialRCQP.qpInterP  = qp_inter_p;
+    } else {
+        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;
+    }
+}
+
+static av_cold void set_lossless(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 = 0;
+    rc->constQP.qpInterP = 0;
+    rc->constQP.qpIntra  = 0;
+
+    avctx->qmin = -1;
+    avctx->qmax = -1;
 }
 
-static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx,
-                                        NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
+static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
+    NvencContext *ctx    = avctx->priv_data;
+    NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->encode_config.rcParams;
 
     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, rc);
+        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");
-            return;
-        }
     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
         if (avctx->qmin < 0) {
             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
                    "The variable bitrate rate-control requires "
                    "the 'qmin' option set.\n");
+            set_vbr(avctx);
             return;
         }
-        set_vbr(avctx, rc);
+        /* 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:
-        break;
     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
-        if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
+        break;
+    }
+
+    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 void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
-    NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->config.rcParams;
+    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 (avctx->bit_rate > 0)
-        rc->averageBitRate = avctx->bit_rate;
+    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) {
+        ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
+    }
 
     if (avctx->rc_max_rate > 0)
-        rc->maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
+        ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
+
+    if (ctx->rc < 0) {
+        if (ctx->flags & NVENC_ONE_PASS)
+            ctx->twopass = 0;
+        if (ctx->flags & NVENC_TWO_PASSES)
+            ctx->twopass = 1;
+
+        if (ctx->twopass < 0)
+            ctx->twopass = (ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY) != 0;
+
+        if (ctx->cbr) {
+            if (ctx->twopass) {
+                ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY;
+            } else {
+                ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_CBR;
+            }
+        } 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;
+        } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
+            ctx->rc = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP;
+        }
+    }
+
+    if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
+        set_lossless(avctx);
+    } else if (ctx->rc >= 0) {
+        nvenc_override_rate_control(avctx);
+    } else {
+        ctx->encode_config.rcParams.rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
+        set_vbr(avctx);
+    }
 
-    if (ctx->rc > 0) {
-        nvenc_override_rate_control(avctx, rc);
-    } else if (avctx->global_quality > 0) {
-        set_constqp(avctx, rc);
-    } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
-        rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
-        set_vbr(avctx, rc);
+    if (avctx->rc_buffer_size > 0) {
+        ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
+    } else if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0) {
+        ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize = 2 * ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
     }
 
-    if (avctx->rc_buffer_size > 0)
-        rc->vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
+    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 (rc->averageBitRate > 0)
-        avctx->bit_rate = rc->averageBitRate;
+    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 int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
-    NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
+    NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
+    NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
 
-    vui->colourDescriptionPresentFlag = 1;
-    vui->videoSignalTypePresentFlag   = 1;
-
-    vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
-    vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
+    vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
+    vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
+    vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
+        || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
 
-    vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
+    vui->colourDescriptionPresentFlag =
+        (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
+
+    vui->videoSignalTypePresentFlag =
+        (vui->colourDescriptionPresentFlag
+        || vui->videoFormat != 5
+        || vui->videoFullRangeFlag != 0);
+
+    h264->sliceMode = 3;
+    h264->sliceModeData = 1;
 
     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
+    h264->outputAUD     = ctx->aud;
 
-    h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
-    h264->idrPeriod       = cc->gopLength;
+    if (avctx->refs >= 0) {
+        /* 0 means "let the hardware decide" */
+        h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
+    }
+    if (avctx->gop_size >= 0) {
+        h264->idrPeriod = cc->gopLength;
+    }
 
-    if (ctx->profile)
-        avctx->profile = ctx->profile;
+    if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
+        h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
+        h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
+    }
 
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P)
-        h264->chromaFormatIDC = 3;
-    else
-        h264->chromaFormatIDC = 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->adaptiveTransformMode = NV_ENC_H264_ADAPTIVE_TRANSFORM_ENABLE;
+        h264->fmoMode = NV_ENC_H264_FMO_DISABLE;
+    }
 
-    switch (ctx->profile) {
-    case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
-        cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
-        break;
-    case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
-        cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
-        break;
-    case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
-        cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
-        break;
-    case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444:
+    if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
+        h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
+    } else {
+        switch(ctx->profile) {
+        case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
+            cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
+            avctx->profile = FF_PROFILE_H264_BASELINE;
+            break;
+        case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
+            cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
+            avctx->profile = FF_PROFILE_H264_MAIN;
+            break;
+        case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
+            cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
+            avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH;
+            break;
+        case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444P:
+            cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
+            avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
+            break;
+        }
+    }
+
+    // force setting profile as high444p if input is AV_PIX_FMT_YUV444P
+    if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P) {
         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
-        break;
-    case NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH:
-        cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH_GUID;
-        break;
+        avctx->profile = FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE;
     }
 
+    h264->chromaFormatIDC = avctx->profile == FF_PROFILE_H264_HIGH_444_PREDICTIVE ? 3 : 1;
+
     h264->level = ctx->level;
 
     return 0;
 }
 
-static int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
-    NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
+    NvencContext *ctx                      = avctx->priv_data;
+    NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->encode_config;
     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
+    NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
+
+    vui->colourMatrix = avctx->colorspace;
+    vui->colourPrimaries = avctx->color_primaries;
+    vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
+    vui->videoFullRangeFlag = (avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG
+        || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ420P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ422P || ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUVJ444P);
+
+    vui->colourDescriptionPresentFlag =
+        (avctx->colorspace != 2 || avctx->color_primaries != 2 || avctx->color_trc != 2);
+
+    vui->videoSignalTypePresentFlag =
+        (vui->colourDescriptionPresentFlag
+        || vui->videoFormat != 5
+        || vui->videoFullRangeFlag != 0);
+
+    hevc->sliceMode = 3;
+    hevc->sliceModeData = 1;
 
     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
+    hevc->outputAUD     = ctx->aud;
 
-    hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
-    hevc->idrPeriod            = cc->gopLength;
+    if (avctx->refs >= 0) {
+        /* 0 means "let the hardware decide" */
+        hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
+    }
+    if (avctx->gop_size >= 0) {
+        hevc->idrPeriod = cc->gopLength;
+    }
 
-    /* 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;
+    if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
+        hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
+        hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
+    }
 
-    if (ctx->level) {
-        hevc->level = ctx->level;
-    } else {
-        hevc->level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
+    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;
     }
 
-    if (ctx->tier) {
-        hevc->tier = ctx->tier;
+    // 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;
+
+    hevc->tier = ctx->tier;
+
     return 0;
 }
-static int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
+
+static av_cold int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
 {
     switch (avctx->codec->id) {
     case AV_CODEC_ID_H264:
         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
     case AV_CODEC_ID_HEVC:
         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
+    /* Earlier switch/case will return if unknown codec is passed. */
     }
+
     return 0;
 }
 
-static int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
-    NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_cfg = { 0 };
-    AVCPBProperties *cpb_props;
-    int ret;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
 
-    ctx->params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
-
-    ctx->params.encodeHeight = avctx->height;
-    ctx->params.encodeWidth  = avctx->width;
+    NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_config = { 0 };
+    NVENCSTATUS nv_status = NV_ENC_SUCCESS;
+    AVCPBProperties *cpb_props;
+    int res = 0;
+    int dw, dh;
 
-    if (avctx->sample_aspect_ratio.num &&
-        avctx->sample_aspect_ratio.den &&
-        (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 ||
-         avctx->sample_aspect_ratio.den != 1)) {
-        av_reduce(&ctx->params.darWidth,
-                  &ctx->params.darHeight,
-                  avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
-                  avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
-                  INT_MAX / 8);
-    } else {
-        ctx->params.darHeight = avctx->height;
-        ctx->params.darWidth  = avctx->width;
-    }
+    ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
+    ctx->init_encode_params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
 
-    ctx->params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
-    ctx->params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
+    ctx->init_encode_params.encodeHeight = avctx->height;
+    ctx->init_encode_params.encodeWidth = avctx->width;
 
-    ctx->params.enableEncodeAsync = 0;
-    ctx->params.enablePTD         = 1;
+    ctx->init_encode_params.encodeConfig = &ctx->encode_config;
 
-    ctx->params.encodeConfig = &ctx->config;
+    nvenc_map_preset(ctx);
 
-    nvec_map_preset(ctx);
+    preset_config.version = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
+    preset_config.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
 
-    preset_cfg.version           = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
-    preset_cfg.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
+    nv_status = p_nvenc->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvencoder,
+                                                    ctx->init_encode_params.encodeGUID,
+                                                    ctx->init_encode_params.presetGUID,
+                                                    &preset_config);
+    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS)
+        return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Cannot get the preset configuration");
 
-    ret = nv->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvenc_ctx,
-                                         ctx->params.encodeGUID,
-                                         ctx->params.presetGUID,
-                                         &preset_cfg);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the preset configuration");
+    memcpy(&ctx->encode_config, &preset_config.presetCfg, sizeof(ctx->encode_config));
 
-    memcpy(&ctx->config, &preset_cfg.presetCfg, sizeof(ctx->config));
+    ctx->encode_config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
 
-    ctx->config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
+    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;
+
+    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. */
-            ctx->config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
-        } else if (avctx->max_b_frames == 0) {
-            ctx->config.frameIntervalP = 1;
+        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. */
+            ctx->encode_config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
         }
-        ctx->config.gopLength = avctx->gop_size;
+
+        ctx->encode_config.gopLength = avctx->gop_size;
     } else if (avctx->gop_size == 0) {
-        ctx->config.frameIntervalP = 0;
-        ctx->config.gopLength      = 1;
+        ctx->encode_config.frameIntervalP = 0;
+        ctx->encode_config.gopLength = 1;
     }
 
-    if (ctx->config.frameIntervalP > 1)
-        avctx->max_b_frames = ctx->config.frameIntervalP - 1;
-
     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) {
-        ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
+        ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
     } else {
-        ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
+        ctx->encode_config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
     }
 
-    if ((ret = nvenc_setup_codec_config(avctx)) < 0)
-        return ret;
+    res = nvenc_setup_codec_config(avctx);
+    if (res)
+        return res;
 
-    ret = nv->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvenc_ctx, &ctx->params);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot initialize the decoder");
+    nv_status = p_nvenc->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvencoder, &ctx->init_encode_params);
+    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+        return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "InitializeEncoder failed");
+    }
+
+    if (ctx->encode_config.frameIntervalP > 1)
+        avctx->has_b_frames = 2;
+
+    if (ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate > 0)
+        avctx->bit_rate = ctx->encode_config.rcParams.averageBitRate;
 
     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
     if (!cpb_props)
         return AVERROR(ENOMEM);
-    cpb_props->max_bitrate = avctx->rc_max_rate;
-    cpb_props->min_bitrate = avctx->rc_min_rate;
+    cpb_props->max_bitrate = ctx->encode_config.rcParams.maxBitRate;
     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
-    cpb_props->buffer_size = avctx->rc_buffer_size;
+    cpb_props->buffer_size = ctx->encode_config.rcParams.vbvBufferSize;
 
     return 0;
 }
 
-static int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
+static NV_ENC_BUFFER_FORMAT nvenc_map_buffer_format(enum AVPixelFormat pix_fmt)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
-    int ret;
-    NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER in_buffer      = { 0 };
-    NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER out_buffer = { 0 };
-
-    in_buffer.version  = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
-    out_buffer.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
-
-    in_buffer.width  = avctx->width;
-    in_buffer.height = avctx->height;
-
-    in_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
-
-    switch (avctx->pix_fmt) {
+    switch (pix_fmt) {
     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
-        in_buffer.bufferFmt = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
-        break;
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
     case AV_PIX_FMT_NV12:
-        in_buffer.bufferFmt = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
-        break;
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
+    case AV_PIX_FMT_P010:
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
-        in_buffer.bufferFmt = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
-        break;
+        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 AVERROR_BUG;
+        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;
+
+    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 };
 
-    ret = nv->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &in_buffer);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateInputBuffer failed");
+        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);
+        }
 
-    ctx->frames[idx].in     = in_buffer.inputBuffer;
-    ctx->frames[idx].format = in_buffer.bufferFmt;
+        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.bufferFmt = ctx->surfaces[idx].format;
 
-    /* 1MB is large enough to hold most output frames.
-     * NVENC increases this automaticaly if it's not enough. */
-    out_buffer.size = BITSTREAM_BUFFER_SIZE;
+        nv_status = p_nvenc->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvencoder, &allocSurf);
+        if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+            return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "CreateInputBuffer failed");
+        }
 
-    out_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
+        ctx->surfaces[idx].input_surface = allocSurf.inputBuffer;
+        ctx->surfaces[idx].width = allocSurf.width;
+        ctx->surfaces[idx].height = allocSurf.height;
+    }
 
-    ret = nv->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, &out_buffer);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateBitstreamBuffer failed");
+    /* 1MB is large enough to hold most output frames.
+     * NVENC increases this automaticaly if it is 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)
+            p_nvenc->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvencoder, ctx->surfaces[idx].input_surface);
+        av_frame_free(&ctx->surfaces[idx].in_ref);
+        return err;
+    }
 
-    ctx->frames[idx].out  = out_buffer.bitstreamBuffer;
+    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 int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
-    int i, ret;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    int i, res;
 
-    ctx->nb_surfaces = FFMAX(4 + avctx->max_b_frames,
-                             ctx->nb_surfaces);
+    ctx->surfaces = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->surfaces));
+    if (!ctx->surfaces)
+        return AVERROR(ENOMEM);
 
-    ctx->frames = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->frames));
-    if (!ctx->frames)
+    ctx->timestamp_list = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
+    if (!ctx->timestamp_list)
         return AVERROR(ENOMEM);
 
-    ctx->timestamps = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
-    if (!ctx->timestamps)
+    ctx->unused_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
+    if (!ctx->unused_surface_queue)
         return AVERROR(ENOMEM);
-    ctx->pending = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
-    if (!ctx->pending)
+
+    ctx->output_surface_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
+    if (!ctx->output_surface_queue)
         return AVERROR(ENOMEM);
-    ctx->ready = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
-    if (!ctx->ready)
+    ctx->output_surface_ready_queue = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(NvencSurface*));
+    if (!ctx->output_surface_ready_queue)
         return AVERROR(ENOMEM);
 
     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
-        if ((ret = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
-            return ret;
+        if ((res = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
+            return res;
     }
 
     return 0;
 }
 
-#define EXTRADATA_SIZE 512
-
-static int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
+static av_cold int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx                     = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv       = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
+    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;
+    uint32_t outSize = 0;
+    char tmpHeader[256];
     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
-    int ret;
+    payload.version = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
 
-    avctx->extradata = av_mallocz(EXTRADATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
-    if (!avctx->extradata)
-        return AVERROR(ENOMEM);
+    payload.spsppsBuffer = tmpHeader;
+    payload.inBufferSize = sizeof(tmpHeader);
+    payload.outSPSPPSPayloadSize = &outSize;
 
-    payload.version              = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
-    payload.spsppsBuffer         = avctx->extradata;
-    payload.inBufferSize         = EXTRADATA_SIZE;
-    payload.outSPSPPSPayloadSize = &avctx->extradata_size;
+    nv_status = p_nvenc->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvencoder, &payload);
+    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+        return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "GetSequenceParams failed");
+    }
 
-    ret = nv->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvenc_ctx, &payload);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the extradata");
+    avctx->extradata_size = outSize;
+    avctx->extradata = av_mallocz(outSize + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
+
+    if (!avctx->extradata) {
+        return AVERROR(ENOMEM);
+    }
+
+    memcpy(avctx->extradata, tmpHeader, outSize);
 
     return 0;
 }
 
 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
+    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;
 
     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
-    if (ctx->nvenc_ctx) {
+    if (ctx->nvencoder) {
         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
 
-        nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
+        p_nvenc->nvEncEncodePicture(ctx->nvencoder, &params);
     }
 
-    av_fifo_free(ctx->timestamps);
-    av_fifo_free(ctx->pending);
-    av_fifo_free(ctx->ready);
+    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);
+            }
+        }
+        for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
+            if (ctx->registered_frames[i].regptr)
+                p_nvenc->nvEncUnregisterResource(ctx->nvencoder, ctx->registered_frames[i].regptr);
+        }
+        ctx->nb_registered_frames = 0;
+    }
 
-    if (ctx->frames) {
+    if (ctx->surfaces) {
         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
-            nv->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvenc_ctx,     ctx->frames[i].in);
-            nv->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].out);
+            if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA)
+                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);
         }
     }
+    av_freep(&ctx->surfaces);
+    ctx->nb_surfaces = 0;
 
-    av_freep(&ctx->frames);
+    if (ctx->nvencoder)
+        p_nvenc->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvencoder);
+    ctx->nvencoder = NULL;
 
-    if (ctx->nvenc_ctx)
-        nv->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
+    if (ctx->cu_context_internal)
+        dl_fn->cuda_dl->cuCtxDestroy(ctx->cu_context_internal);
+    ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal = NULL;
 
-    if (ctx->cu_context)
-        ctx->nvel.cu_ctx_destroy(ctx->cu_context);
+    nvenc_free_functions(&dl_fn->nvenc_dl);
+    cuda_free_functions(&dl_fn->cuda_dl);
 
-    if (ctx->nvel.nvenc)
-        dlclose(ctx->nvel.nvenc);
+    dl_fn->nvenc_device_count = 0;
 
-    if (ctx->nvel.cuda)
-        dlclose(ctx->nvel.cuda);
+    av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Nvenc unloaded\n");
 
     return 0;
 }
 
 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 {
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
     int ret;
 
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+        AVHWFramesContext *frames_ctx;
+        if (!avctx->hw_frames_ctx) {
+            av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
+                   "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
+            return AVERROR(EINVAL);
+        }
+        frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
+        ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
+    } else {
+        ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
+    }
+
     if ((ret = nvenc_load_libraries(avctx)) < 0)
         return ret;
 
@@ -889,145 +1333,219 @@ av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
     return 0;
 }
 
-static NVENCFrame *get_free_frame(NVENCContext *ctx)
+static NvencSurface *get_free_frame(NvencContext *ctx)
 {
+    NvencSurface *tmp_surf;
+
+    if (!(av_fifo_size(ctx->unused_surface_queue) > 0))
+        // queue empty
+        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 *nv_surface,
+            NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *lock_buffer_params, const AVFrame *frame)
+{
+    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;
+
+    if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P)
+        dst_linesize[1] = dst_linesize[2] >>= 1;
+
+    ret = av_image_fill_pointers(dst_data, frame->format, nv_surface->height,
+                                 lock_buffer_params->bufferDataPtr, dst_linesize);
+    if (ret < 0)
+        return ret;
+
+    if (frame->format == AV_PIX_FMT_YUV420P)
+        FFSWAP(uint8_t*, dst_data[1], dst_data[2]);
+
+    av_image_copy(dst_data, dst_linesize,
+                  (const uint8_t**)frame->data, frame->linesize, frame->format,
+                  avctx->width, avctx->height);
+
+    return 0;
+}
+
+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;
+
     int i;
 
-    for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
-        if (!ctx->frames[i].locked) {
-            ctx->frames[i].locked = 1;
-            return &ctx->frames[i];
+    if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
+        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);
+                    ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
+                }
+                return i;
+            }
         }
+    } else {
+        return ctx->nb_registered_frames++;
     }
 
-    return NULL;
+    av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
+    return AVERROR(ENOMEM);
 }
 
-static int nvenc_copy_frame(NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *in, const AVFrame *frame)
+static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
 {
-    uint8_t *buf = in->bufferDataPtr;
-    int off      = frame->height * in->pitch;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
 
-    switch (frame->format) {
-    case AV_PIX_FMT_YUV420P:
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
-                            frame->data[0], frame->linesize[0],
-                            frame->width, frame->height);
-        buf += off;
+    AVHWFramesContext *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
+    NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
+    int i, idx, ret;
 
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
-                            frame->data[2], frame->linesize[2],
-                            frame->width >> 1, frame->height >> 1);
+    for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
+        if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
+            return i;
+    }
 
-        buf += off >> 2;
+    idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
+    if (idx < 0)
+        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.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);
+    }
 
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
-                            frame->data[1], frame->linesize[1],
-                            frame->width >> 1, frame->height >> 1);
-        break;
-    case AV_PIX_FMT_NV12:
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
-                            frame->data[0], frame->linesize[0],
-                            frame->width, frame->height);
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
-                            frame->data[1], frame->linesize[1],
-                            frame->width, frame->height >> 1);
-        break;
-    case AV_PIX_FMT_YUV444P:
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
-                            frame->data[0], frame->linesize[0],
-                            frame->width, frame->height);
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
-                            frame->data[1], frame->linesize[1],
-                            frame->width, frame->height);
-        buf += off;
-
-        av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
-                            frame->data[2], frame->linesize[2],
-                            frame->width, frame->height);
-        break;
-    default:
-        return AVERROR_BUG;
+    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;
     }
 
-    return 0;
+    ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
+    ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
+    return idx;
 }
 
 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
-                              NVENCFrame *nvenc_frame)
+                                      NvencSurface *nvenc_frame)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
-    NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER params = { 0 };
-    int ret;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
+
+    int res;
+    NVENCSTATUS nv_status;
+
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+        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");
+            return reg_idx;
+        }
 
-    params.version     = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
-    params.inputBuffer = nvenc_frame->in;
+        res = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, 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");
+        }
 
-    ret = nv->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &params);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the buffer");
+        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 };
 
-    ret = nvenc_copy_frame(&params, frame);
-    if (ret < 0)
-        goto fail;
+        lockBufferParams.version = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
+        lockBufferParams.inputBuffer = nvenc_frame->input_surface;
 
-    ret = nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
-    if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the buffer");
+        nv_status = p_nvenc->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvencoder, &lockBufferParams);
+        if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+            return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking nvenc input buffer");
+        }
 
-    return 0;
+        nvenc_frame->pitch = lockBufferParams.pitch;
+        res = nvenc_copy_frame(avctx, nvenc_frame, &lockBufferParams, frame);
 
-fail:
-    nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
+        nv_status = p_nvenc->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvencoder, nvenc_frame->input_surface);
+        if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+            return nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed unlocking input buffer!");
+        }
 
-    return ret;
+        return res;
+    }
 }
 
 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
                                             NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
 {
-    NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
 
     switch (avctx->codec->id) {
     case AV_CODEC_ID_H264:
         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode =
-            ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
+            ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData =
-            ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
-        break;
+            ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
+      break;
     case AV_CODEC_ID_HEVC:
         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode =
-            ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
+            ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData =
-            ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
+            ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
         break;
     }
 }
 
-static inline int nvenc_enqueue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t pts)
+static inline void timestamp_queue_enqueue(AVFifoBuffer* queue, int64_t timestamp)
 {
-    return av_fifo_generic_write(f, &pts, sizeof(pts), NULL);
+    av_fifo_generic_write(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
 }
 
-static inline int nvenc_dequeue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t *pts)
+static inline int64_t timestamp_queue_dequeue(AVFifoBuffer* queue)
 {
-    return av_fifo_generic_read(f, pts, sizeof(*pts), NULL);
+    int64_t timestamp = AV_NOPTS_VALUE;
+    if (av_fifo_size(queue) > 0)
+        av_fifo_generic_read(queue, &timestamp, sizeof(timestamp), NULL);
+
+    return timestamp;
 }
 
 static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
                                NV_ENC_LOCK_BITSTREAM *params,
                                AVPacket *pkt)
 {
-    NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
 
-    pkt->pts      = params->outputTimeStamp;
-    pkt->duration = params->outputDuration;
+    pkt->pts = params->outputTimeStamp;
 
     /* generate the first dts by linearly extrapolating the
      * first two pts values to the past */
@@ -1049,156 +1567,258 @@ static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
         ctx->first_packet_output = 1;
         return 0;
     }
-    return nvenc_dequeue_timestamp(ctx->timestamps, &pkt->dts);
+
+    pkt->dts = timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
+
+    return 0;
 }
 
-static int nvenc_get_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt)
+static int process_output_surface(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt, NvencSurface *tmpoutsurf)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
-    NV_ENC_LOCK_BITSTREAM params    = { 0 };
-    NVENCFrame *frame;
-    int ret;
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
 
-    ret = av_fifo_generic_read(ctx->ready, &frame, sizeof(frame), NULL);
-    if (ret)
-        return ret;
+    uint32_t slice_mode_data;
+    uint32_t *slice_offsets = NULL;
+    NV_ENC_LOCK_BITSTREAM lock_params = { 0 };
+    NVENCSTATUS nv_status;
+    int res = 0;
 
-    params.version         = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
-    params.outputBitstream = frame->out;
+    enum AVPictureType pict_type;
 
-    ret = nv->nvEncLockBitstream(ctx->nvenc_ctx, &params);
-    if (ret < 0)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the bitstream");
+    switch (avctx->codec->id) {
+    case AV_CODEC_ID_H264:
+      slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
+      break;
+    case AV_CODEC_ID_H265:
+      slice_mode_data = ctx->encode_config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
+      break;
+    default:
+      av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown codec name\n");
+      res = AVERROR(EINVAL);
+      goto error;
+    }
+    slice_offsets = av_mallocz(slice_mode_data * sizeof(*slice_offsets));
 
-    ret = ff_alloc_packet(pkt, params.bitstreamSizeInBytes);
-    if (ret < 0)
-        return ret;
+    if (!slice_offsets)
+        goto error;
 
-    memcpy(pkt->data, params.bitstreamBufferPtr, pkt->size);
+    lock_params.version = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
 
-    ret = nv->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvenc_ctx, frame->out);
-    if (ret < 0)
-        return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the bitstream");
+    lock_params.doNotWait = 0;
+    lock_params.outputBitstream = tmpoutsurf->output_surface;
+    lock_params.sliceOffsets = slice_offsets;
 
-    frame->locked = 0;
+    nv_status = p_nvenc->nvEncLockBitstream(ctx->nvencoder, &lock_params);
+    if (nv_status != NV_ENC_SUCCESS) {
+        res = nvenc_print_error(avctx, nv_status, "Failed locking bitstream buffer");
+        goto error;
+    }
 
-    ret = nvenc_set_timestamp(avctx, &params, pkt);
-    if (ret < 0)
-        return ret;
+    if (res = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, lock_params.bitstreamSizeInBytes,0)) {
+        p_nvenc->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->output_surface);
+        goto error;
+    }
+
+    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");
 
-    switch (params.pictureType) {
+
+    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
+        p_nvenc->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvencoder, tmpoutsurf->in_map.mappedResource);
+        av_frame_unref(tmpoutsurf->in_ref);
+        ctx->registered_frames[tmpoutsurf->reg_idx].mapped = 0;
+
+        tmpoutsurf->input_surface = NULL;
+    }
+
+    switch (lock_params.pictureType) {
     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
-#if FF_API_CODED_FRAME
-FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
-    case NV_ENC_PIC_TYPE_INTRA_REFRESH:
     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
-        avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
+        pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
         break;
     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
-        avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
+        pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
         break;
     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
-        avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
+        pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
         break;
     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
-        avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
+        pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
         break;
+    default:
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Unknown picture type encountered, expect the output to be broken.\n");
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Please report this error and include as much information on how to reproduce it as possible.\n");
+        res = AVERROR_EXTERNAL;
+        goto error;
+    }
+
+#if FF_API_CODED_FRAME
+FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
+    avctx->coded_frame->pict_type = pict_type;
 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 #endif
-    }
+
+    ff_side_data_set_encoder_stats(pkt,
+        (lock_params.frameAvgQP - 1) * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, pict_type);
+
+    res = nvenc_set_timestamp(avctx, &lock_params, pkt);
+    if (res < 0)
+        goto error2;
+
+    av_free(slice_offsets);
 
     return 0;
+
+error:
+    timestamp_queue_dequeue(ctx->timestamp_list);
+
+error2:
+    av_free(slice_offsets);
+
+    return res;
 }
 
 static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
 {
-    NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
+    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;
-    return av_fifo_size(ctx->ready) > 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)
+        return nb_ready > 0;
+    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)
 {
-    NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
-    NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { 0 };
-    NVENCFrame         *nvenc_frame = NULL;
-    int enc_ret, ret;
+    NVENCSTATUS nv_status;
+    CUresult cu_res;
+    CUcontext dummy;
+    NvencSurface *tmpoutsurf, *inSurf;
+    int res;
+
+    NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
+    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
+    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
 
-    params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
+    NV_ENC_PIC_PARAMS pic_params = { 0 };
+    pic_params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
 
     if (frame) {
-        nvenc_frame = get_free_frame(ctx);
-        if (!nvenc_frame) {
+        inSurf = get_free_frame(ctx);
+        if (!inSurf) {
             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No free surfaces\n");
             return AVERROR_BUG;
         }
 
-        ret = nvenc_upload_frame(avctx, frame, nvenc_frame);
-        if (ret < 0)
-            return ret;
+        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);
 
-        params.inputBuffer     = nvenc_frame->in;
-        params.bufferFmt       = nvenc_frame->format;
-        params.inputWidth      = frame->width;
-        params.inputHeight     = frame->height;
-        params.outputBitstream = nvenc_frame->out;
-        params.inputTimeStamp  = frame->pts;
+        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) {
+            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.inputPitch = inSurf->pitch;
+        pic_params.outputBitstream = inSurf->output_surface;
 
         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
             if (frame->top_field_first)
-                params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
+                pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
             else
-                params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
+                pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
+        } else {
+            pic_params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
+        }
+
+        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 {
-            params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
+            pic_params.encodePicFlags = 0;
         }
 
-        nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &params);
+        pic_params.inputTimeStamp = frame->pts;
 
-        ret = nvenc_enqueue_timestamp(ctx->timestamps, frame->pts);
-        if (ret < 0)
-            return ret;
+        nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &pic_params);
+    } else {
+        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!");
+
+    if (frame) {
+        av_fifo_generic_write(ctx->output_surface_queue, &inSurf, sizeof(inSurf), 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;
-    } else {
-        params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
-    }
-
-    enc_ret = nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
-    if (enc_ret != NV_ENC_SUCCESS &&
-        enc_ret != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
-        return nvenc_print_error(avctx, enc_ret, "Error encoding the frame");
-
-    if (nvenc_frame) {
-        ret = av_fifo_generic_write(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
-        if (ret < 0)
-            return ret;
     }
 
     /* all the pending buffers are now ready for output */
-    if (enc_ret == NV_ENC_SUCCESS) {
-        while (av_fifo_size(ctx->pending) > 0) {
-            av_fifo_generic_read(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
-            av_fifo_generic_write(ctx->ready,  &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
+    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);
         }
     }
 
     if (output_ready(avctx, !frame)) {
-        ret = nvenc_get_frame(avctx, pkt);
-        if (ret < 0)
-            return ret;
+        av_fifo_generic_read(ctx->output_surface_ready_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
+
+        res = process_output_surface(avctx, pkt, tmpoutsurf);
+
+        if (res)
+            return res;
+
+        av_fifo_generic_write(ctx->unused_surface_queue, &tmpoutsurf, sizeof(tmpoutsurf), NULL);
+
         *got_packet = 1;
     } else {
         *got_packet = 0;