dnxhdenc: return meaningful return codes
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhdenc.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD encoder
3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
5  *
6  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
7  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
8  *
9  * This file is part of Libav.
10  *
11  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
13  * License as published by the Free Software Foundation; either
14  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
15  *
16  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
19  * Lesser General Public License for more details.
20  *
21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
22  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
23  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
24  */
25
26 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
27
28 #include "libavutil/attributes.h"
29 #include "libavutil/internal.h"
30 #include "libavutil/opt.h"
31 #include "libavutil/timer.h"
32 #include "avcodec.h"
33 #include "dsputil.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "mpegvideo.h"
36 #include "dnxhdenc.h"
37
38 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
39 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
40
41 static const AVOption options[]={
42     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, VE},
43 {NULL}
44 };
45 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
46
47 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
48
49 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
50 {
51     int i;
52     for (i = 0; i < 4; i++) {
53         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
54         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
55         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
56         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
57         pixels += line_size;
58         block += 8;
59     }
60     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
61     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
62     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
63     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
64 }
65
66 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
67 {
68     int i;
69
70     block += 32;
71
72     for (i = 0; i < 4; i++) {
73         memcpy(block + i     * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
74         memcpy(block - (i+1) * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
75     }
76 }
77
78 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
79                                     int n, int qscale, int *overflow)
80 {
81     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
82     const int *qmat = ctx->q_intra_matrix[qscale];
83     int last_non_zero = 0;
84     int i;
85
86     ctx->dsp.fdct(block);
87
88     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
89     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
90
91     for (i = 1; i < 64; ++i) {
92         int j = scantable[i];
93         int sign = block[j] >> 31;
94         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
95         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
96         block[j] = (level ^ sign) - sign;
97         if (level)
98             last_non_zero = i;
99     }
100
101     return last_non_zero;
102 }
103
104 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
105 {
106     int i, j, level, run;
107     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
108
109     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
110     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
111     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
112     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
113
114     ctx->vlc_codes += max_level*2;
115     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
116     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
117         for (run = 0; run < 2; run++) {
118             int index = (level<<1)|run;
119             int sign, offset = 0, alevel = level;
120
121             MASK_ABS(sign, alevel);
122             if (alevel > 64) {
123                 offset = (alevel-1)>>6;
124                 alevel -= offset<<6;
125             }
126             for (j = 0; j < 257; j++) {
127                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
128                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
129                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
130                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
131                     if (alevel) {
132                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
133                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
134                     } else {
135                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
136                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
137                     }
138                     break;
139                 }
140             }
141             assert(!alevel || j < 257);
142             if (offset) {
143                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
144                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
145             }
146         }
147     }
148     for (i = 0; i < 62; i++) {
149         int run = ctx->cid_table->run[i];
150         assert(run < 63);
151         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
152         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
153     }
154     return 0;
155  fail:
156     return AVERROR(ENOMEM);
157 }
158
159 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
160 {
161     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
162     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
163     int qscale, i;
164     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
165     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
166
167     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
168     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
169     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
170     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
171
172     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
173         for (i = 1; i < 64; i++) {
174             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
175             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
176         }
177         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
178                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
179         for (i = 1; i < 64; i++) {
180             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
181             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
182         }
183         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
184                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
185
186         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
187             for (i = 0; i < 64; i++) {
188                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
189                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
190                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
191             }
192         }
193     } else {
194         // 10-bit
195         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
196             for (i = 1; i < 64; i++) {
197                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
198
199                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
200                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
201                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
202                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
203                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
204                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
205                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
206                 // For 10-bit samples, p / s == 2
207                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
208                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
209             }
210         }
211     }
212
213     return 0;
214  fail:
215     return AVERROR(ENOMEM);
216 }
217
218 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
219 {
220     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
221     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
222         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
223
224     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
225     ctx->qscale = 1;
226     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
227     return 0;
228  fail:
229     return AVERROR(ENOMEM);
230 }
231
232 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
233 {
234     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
235     int i, index, bit_depth, ret;
236
237     switch (avctx->pix_fmt) {
238     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
239         bit_depth = 8;
240         break;
241     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
242         bit_depth = 10;
243         break;
244     default:
245         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
246         return AVERROR(EINVAL);
247     }
248
249     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
250     if (!ctx->cid) {
251         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
252         return AVERROR(EINVAL);
253     }
254     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
255
256     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
257     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
258
259     ctx->m.avctx = avctx;
260     ctx->m.mb_intra = 1;
261     ctx->m.h263_aic = 1;
262
263     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
264
265     ff_dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
266     ff_dct_common_init(&ctx->m);
267     if (!ctx->m.dct_quantize)
268         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
269
270     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
271        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
272        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
273        ctx->block_width_l2 = 4;
274     } else {
275        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
276        ctx->block_width_l2 = 3;
277     }
278
279     if (ARCH_X86)
280         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
281
282     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
283     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
284
285     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
286         ctx->interlaced = 1;
287         ctx->m.mb_height /= 2;
288     }
289
290     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
291
292     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
293         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
294     if ((ret = dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0)) < 0) // XXX tune lbias/cbias
295         return ret;
296
297     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
298     if (ctx->nitris_compat)
299         ctx->min_padding = 1600;
300
301     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx)) < 0)
302         return ret;
303     if ((ret = dnxhd_init_rc(ctx)) < 0)
304         return ret;
305
306     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
307     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
308     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
309     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
310
311     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
312     if (!avctx->coded_frame)
313         return AVERROR(ENOMEM);
314
315     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
316     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
317
318     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
319         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
320         return AVERROR(EINVAL);
321     }
322
323     ctx->thread[0] = ctx;
324     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
325         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
326         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
327     }
328
329     return 0;
330  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
331     return AVERROR(ENOMEM);
332 }
333
334 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
335 {
336     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
337     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
338
339     memset(buf, 0, 640);
340
341     memcpy(buf, header_prefix, 5);
342     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
343     buf[6] = 0x80; // crc flag off
344     buf[7] = 0xa0; // reserved
345     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
346     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
347     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
348
349     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
350     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
351     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
352     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
353
354     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
355
356     buf[0x167] = 0x02; // reserved
357     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
358     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
359     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
360
361     ctx->msip = buf + 0x170;
362     return 0;
363 }
364
365 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
366 {
367     int nbits;
368     if (diff < 0) {
369         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
370         diff--;
371     } else {
372         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
373     }
374     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
375              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
376 }
377
378 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index, int n)
379 {
380     int last_non_zero = 0;
381     int slevel, i, j;
382
383     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
384     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
385
386     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
387         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
388         slevel = block[j];
389         if (slevel) {
390             int run_level = i - last_non_zero - 1;
391             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
392             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
393             if (run_level)
394                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
395             last_non_zero = i;
396         }
397     }
398     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
399 }
400
401 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale, int last_index)
402 {
403     const uint8_t *weight_matrix;
404     int level;
405     int i;
406
407     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
408
409     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
410         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
411         level = block[j];
412         if (level) {
413             if (level < 0) {
414                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
415                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
416                     if (weight_matrix[i] != 8)
417                         level += 8;
418                     level >>= 4;
419                 } else {
420                     if (weight_matrix[i] != 32)
421                         level += 32;
422                     level >>= 6;
423                 }
424                 level = -level;
425             } else {
426                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
427                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
428                     if (weight_matrix[i] != 8)
429                         level += 8;
430                     level >>= 4;
431                 } else {
432                     if (weight_matrix[i] != 32)
433                         level += 32;
434                     level >>= 6;
435                 }
436             }
437             block[j] = level;
438         }
439     }
440 }
441
442 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
443 {
444     int score = 0;
445     int i;
446     for (i = 0; i < 64; i++)
447         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
448     return score;
449 }
450
451 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
452 {
453     int last_non_zero = 0;
454     int bits = 0;
455     int i, j, level;
456     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
457         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
458         level = block[j];
459         if (level) {
460             int run_level = i - last_non_zero - 1;
461             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
462             last_non_zero = i;
463         }
464     }
465     return bits;
466 }
467
468 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
469 {
470     const int bs = ctx->block_width_l2;
471     const int bw = 1 << bs;
472     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
473     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
474     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
475     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
476
477     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
478     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
479     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
480     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
481
482     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
483         if (ctx->interlaced) {
484             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
485             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
486             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
487             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
488         } else {
489             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
490             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
491             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
492             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
493         }
494     } else {
495         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
496         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
497         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
498         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
499     }
500 }
501
502 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
503 {
504     if (i&2) {
505         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
506         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
507         return 1 + (i&1);
508     } else {
509         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
510         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
511         return 0;
512     }
513 }
514
515 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
516 {
517     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
518     int mb_y = jobnr, mb_x;
519     int qscale = ctx->qscale;
520     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
521     ctx = ctx->thread[threadnr];
522
523     ctx->m.last_dc[0] =
524     ctx->m.last_dc[1] =
525     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
526
527     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
528         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
529         int ssd     = 0;
530         int ac_bits = 0;
531         int dc_bits = 0;
532         int i;
533
534         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
535
536         for (i = 0; i < 8; i++) {
537             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
538             int overflow, nbits, diff, last_index;
539             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
540
541             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
542             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
543             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
544
545             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
546             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
547             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
548
549             assert(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
550             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
551
552             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
553
554             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
555                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
556                 ctx->m.dsp.idct(block);
557                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
558             }
559         }
560         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
561         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
562     }
563     return 0;
564 }
565
566 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
567 {
568     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
569     int mb_y = jobnr, mb_x;
570     ctx = ctx->thread[threadnr];
571     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
572
573     ctx->m.last_dc[0] =
574     ctx->m.last_dc[1] =
575     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
576     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
577         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
578         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
579         int i;
580
581         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
582
583         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
584
585         for (i = 0; i < 8; i++) {
586             int16_t *block = ctx->blocks[i];
587             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
588             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i,
589                                                  qscale, &overflow);
590             //START_TIMER;
591             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
592             //STOP_TIMER("encode_block");
593         }
594     }
595     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
596         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
597     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
598     return 0;
599 }
600
601 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
602 {
603     int mb_y, mb_x;
604     int offset = 0;
605     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
606         int thread_size;
607         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
608         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
609         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
610             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
611             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
612         }
613         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
614         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
615         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
616         offset += thread_size;
617     }
618 }
619
620 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
621 {
622     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
623     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
624     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
625                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
626
627     ctx = ctx->thread[threadnr];
628     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
629         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
630         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
631             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
632             int sum;
633             int varc;
634
635             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16) {
636                 sum  = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
637                 varc = ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
638             } else {
639                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
640                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
641                 sum = varc = 0;
642                 for (y = 0; y < bh; y++) {
643                     for (x = 0; x < bw; x++) {
644                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
645                         sum  += val;
646                         varc += val * val;
647                     }
648                 }
649             }
650             varc = (varc - (((unsigned)sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
651
652             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
653             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
654         }
655     } else { // 10-bit
656         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
657         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
658             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
659             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
660             int sum = 0;
661             int sqsum = 0;
662             int mean, sqmean;
663             int i, j;
664             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
665             for (i = 0; i < 16; ++i) {
666                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
667                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
668                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
669                     sum += sample;
670                     sqsum += sample * sample;
671                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
672                 }
673                 pix += linesize;
674             }
675             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
676             sqmean = sqsum >> 8;
677             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
678             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
679         }
680     }
681     return 0;
682 }
683
684 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
685 {
686     int lambda, up_step, down_step;
687     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
688     int x, y, q;
689
690     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
691         ctx->qscale = q;
692         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
693     }
694     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
695     lambda = ctx->lambda;
696
697     for (;;) {
698         int bits = 0;
699         int end = 0;
700         if (lambda == last_higher) {
701             lambda++;
702             end = 1; // need to set final qscales/bits
703         }
704         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
705             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
706                 unsigned min = UINT_MAX;
707                 int qscale = 1;
708                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
709                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
710                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
711                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
712                     if (score < min) {
713                         min = score;
714                         qscale = q;
715                     }
716                 }
717                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
718                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
719                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
720             }
721             bits = (bits+31)&~31; // padding
722             if (bits > ctx->frame_bits)
723                 break;
724         }
725         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
726         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
727         if (end) {
728             if (bits > ctx->frame_bits)
729                 return AVERROR(EINVAL);
730             break;
731         }
732         if (bits < ctx->frame_bits) {
733             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
734             if (last_higher != 0)
735                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
736             else
737                 lambda -= down_step;
738             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
739             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
740             lambda = FFMAX(1, lambda);
741             if (lambda == last_lower)
742                 break;
743         } else {
744             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
745             if (last_lower != INT_MAX)
746                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
747             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
748                 return AVERROR(EINVAL);
749             else
750                 lambda += up_step;
751             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
752             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
753         }
754     }
755     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
756     ctx->lambda = lambda;
757     return 0;
758 }
759
760 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
761 {
762     int bits = 0;
763     int up_step = 1;
764     int down_step = 1;
765     int last_higher = 0;
766     int last_lower = INT_MAX;
767     int qscale;
768     int x, y;
769
770     qscale = ctx->qscale;
771     for (;;) {
772         bits = 0;
773         ctx->qscale = qscale;
774         // XXX avoid recalculating bits
775         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
776         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
777             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
778                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
779             bits = (bits+31)&~31; // padding
780             if (bits > ctx->frame_bits)
781                 break;
782         }
783         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
784         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
785         if (bits < ctx->frame_bits) {
786             if (qscale == 1)
787                 return 1;
788             if (last_higher == qscale - 1) {
789                 qscale = last_higher;
790                 break;
791             }
792             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
793             if (last_higher != 0)
794                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
795             else
796                 qscale -= down_step++;
797             if (qscale < 1)
798                 qscale = 1;
799             up_step = 1;
800         } else {
801             if (last_lower == qscale + 1)
802                 break;
803             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
804             if (last_lower != INT_MAX)
805                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
806             else
807                 qscale += up_step++;
808             down_step = 1;
809             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
810                 return AVERROR(EINVAL);
811         }
812     }
813     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
814     ctx->qscale = qscale;
815     return 0;
816 }
817
818 #define BUCKET_BITS 8
819 #define RADIX_PASSES 4
820 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
821
822 static inline int get_bucket(int value, int shift)
823 {
824     value >>= shift;
825     value &= NBUCKETS - 1;
826     return NBUCKETS - 1 - value;
827 }
828
829 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
830 {
831     int i, j;
832     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
833     for (i = 0; i < size; i++) {
834         int v = data[i].value;
835         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
836             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
837             v >>= BUCKET_BITS;
838         }
839         assert(!v);
840     }
841     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
842         int offset = size;
843         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
844             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
845         assert(!buckets[j][0]);
846     }
847 }
848
849 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
850 {
851     int shift = pass * BUCKET_BITS;
852     int i;
853     for (i = 0; i < size; i++) {
854         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
855         int pos = buckets[v]++;
856         dst[pos] = data[i];
857     }
858 }
859
860 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
861 {
862     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
863     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
864     radix_count(data, size, buckets);
865     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
866     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
867     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
868         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
869         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
870     }
871     av_free(tmp);
872 }
873
874 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
875 {
876     int max_bits = 0;
877     int ret, x, y;
878     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
879         return ret;
880     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
881         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
882             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
883             int delta_bits;
884             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
885             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
886             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
887             if (!RC_VARIANCE) {
888                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
889                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
890                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
891                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
892                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
893             }
894         }
895         max_bits += 31; //worst padding
896     }
897     if (!ret) {
898         if (RC_VARIANCE)
899             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
900         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
901         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
902             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
903             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
904             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
905             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
906         }
907     }
908     return 0;
909 }
910
911 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
912 {
913     int i;
914
915     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
916         ctx->thread[i]->m.linesize    = frame->linesize[0] << ctx->interlaced;
917         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = frame->linesize[1] << ctx->interlaced;
918         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
919         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
920     }
921
922     ctx->m.avctx->coded_frame->interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
923     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
924 }
925
926 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
927                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
928 {
929     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
930     int first_field = 1;
931     int offset, i, ret;
932     uint8_t *buf;
933
934     if ((ret = ff_alloc_packet(pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0) {
935         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
936         return ret;
937     }
938     buf = pkt->data;
939
940     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
941
942  encode_coding_unit:
943     for (i = 0; i < 3; i++) {
944         ctx->src[i] = frame->data[i];
945         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
946             ctx->src[i] += frame->linesize[i];
947     }
948
949     dnxhd_write_header(avctx, buf);
950
951     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
952         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
953     else
954         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
955     if (ret < 0) {
956         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
957                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
958         return ret;
959     }
960
961     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
962
963     offset = 0;
964     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
965         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
966         offset += ctx->slice_size[i];
967         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
968     }
969
970     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
971
972     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
973     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
974
975     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
976
977     if (ctx->interlaced && first_field) {
978         first_field     = 0;
979         ctx->cur_field ^= 1;
980         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
981         goto encode_coding_unit;
982     }
983
984     avctx->coded_frame->quality = ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA;
985
986     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
987     *got_packet = 1;
988     return 0;
989 }
990
991 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
992 {
993     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
994     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
995     int i;
996
997     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
998     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
999     av_freep(&ctx->run_codes);
1000     av_freep(&ctx->run_bits);
1001
1002     av_freep(&ctx->mb_bits);
1003     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1004     av_freep(&ctx->mb_rc);
1005     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1006     av_freep(&ctx->slice_size);
1007     av_freep(&ctx->slice_offs);
1008
1009     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1010     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1011     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1012     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1013
1014     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1015         av_freep(&ctx->thread[i]);
1016
1017     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
1018
1019     return 0;
1020 }
1021
1022 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1023     .name           = "dnxhd",
1024     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1025     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1026     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1027     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1028     .init           = dnxhd_encode_init,
1029     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1030     .close          = dnxhd_encode_end,
1031     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1032     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV422P,
1033                                                   AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1034                                                   AV_PIX_FMT_NONE },
1035     .priv_class     = &class,
1036 };