avcodec/nvenc: support external context in sw mode
[ffmpeg.git] / libavcodec / nvenc.c
index cd14af2..ab04a93 100644 (file)
@@ -28,6 +28,7 @@
 #include "libavutil/imgutils.h"
 #include "libavutil/avassert.h"
 #include "libavutil/mem.h"
+#include "libavutil/pixdesc.h"
 #include "internal.h"
 
 #define NVENC_CAP 0x30
@@ -47,8 +48,8 @@ const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
     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)
@@ -102,7 +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;
@@ -113,7 +114,7 @@ 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;
     NVENCSTATUS err;
     uint32_t nvenc_max_ver;
@@ -175,7 +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;
@@ -324,12 +325,16 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
     }
 
     cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuDeviceGetName(name, sizeof(name), cu_device);
-    if (cu_res != CUDA_SUCCESS)
+    if (cu_res != CUDA_SUCCESS) {
+        av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "cuDeviceGetName failed on device %d\n", idx);
         return -1;
+    }
 
     cu_res = dl_fn->cuda_dl->cuDeviceComputeCapability(&major, &minor, cu_device);
-    if (cu_res != CUDA_SUCCESS)
+    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) {
@@ -337,6 +342,9 @@ static av_cold int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
         goto fail;
     }
 
+    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);
@@ -361,7 +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:
@@ -378,7 +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) {
@@ -392,16 +400,21 @@ static av_cold int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
         return AVERROR_BUG;
     }
 
-    if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_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;
 
@@ -450,7 +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);
     }
 
@@ -499,9 +512,28 @@ static av_cold void set_constqp(AVCodecContext *avctx)
     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;
@@ -519,7 +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;
@@ -539,16 +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.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.qpIntra = qp_inter_p;
-        rc->initialRCQP.qpInterB = qp_inter_p;
+        rc->initialRCQP.qpInterB = ctx->init_qp_b;
     }
 }
 
@@ -560,7 +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;
@@ -573,23 +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,
@@ -598,6 +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:
@@ -612,16 +649,34 @@ static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 static av_cold int nvenc_recalc_surfaces(AVCodecContext *avctx)
 {
     NvencContext *ctx = avctx->priv_data;
-    int nb_surfaces = 0;
+    // 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) {
-        nb_surfaces = ctx->rc_lookahead + ((ctx->encode_config.frameIntervalP > 0) ? ctx->encode_config.frameIntervalP : 0) + 1 + 4;
-        if (ctx->nb_surfaces < nb_surfaces) {
+        // +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 = 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));
@@ -634,6 +689,12 @@ 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) {
@@ -658,7 +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;
@@ -693,7 +754,7 @@ static av_cold void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Temporal AQ enabled.\n");
     }
 
-    if (ctx->rc_lookahead) {
+    if (ctx->rc_lookahead > 0) {
         int lkd_bound = FFMIN(ctx->nb_surfaces, ctx->async_depth) -
                         ctx->encode_config.frameIntervalP - 4;
 
@@ -754,7 +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" */
@@ -838,7 +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" */
@@ -853,18 +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;
+        avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_REXT;
         break;
     }
 
@@ -940,30 +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;
@@ -971,6 +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. */
@@ -1021,49 +1082,38 @@ static av_cold int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
     return 0;
 }
 
-static av_cold 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;
-    NvencDynLoadFunctions *dl_fn = &ctx->nvenc_dload_funcs;
-    NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *p_nvenc = &dl_fn->nvenc_funcs;
-
-    NVENCSTATUS nv_status;
-    NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER allocOut = { 0 };
-    allocOut.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
-
-    switch (ctx->data_pix_fmt) {
+    switch (pix_fmt) {
     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
     case AV_PIX_FMT_NV12:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
     case AV_PIX_FMT_P010:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV420_10BIT;
     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
     case AV_PIX_FMT_YUV444P16:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_10BIT;
     case AV_PIX_FMT_0RGB32:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_ARGB;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_ARGB;
     case AV_PIX_FMT_0BGR32:
-        ctx->surfaces[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_ABGR;
-        break;
-
+        return NV_ENC_BUFFER_FORMAT_ABGR;
     default:
-        av_log(avctx, AV_LOG_FATAL, "Invalid input pixel format\n");
-        return AVERROR(EINVAL);
+        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();
@@ -1071,6 +1121,14 @@ static av_cold int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
             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;
@@ -1087,8 +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;
@@ -1107,6 +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;
 }
 
@@ -1122,6 +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);
@@ -1188,6 +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) {
@@ -1271,16 +1335,14 @@ 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 *nv_surface,
@@ -1363,10 +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");
@@ -1410,6 +1478,7 @@ 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 {
@@ -1637,6 +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;
 
@@ -1654,9 +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;
         }
 
@@ -1690,7 +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!");
@@ -1721,8 +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 {