avcodec/dnxhdenc: make header_prefix static const
[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 FFmpeg.
10  *
11  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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 "avcodec.h"
32 #include "dsputil.h"
33 #include "internal.h"
34 #include "mpegvideo.h"
35 #include "dnxhdenc.h"
36 #include "internal.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
46 static const AVClass dnxhd_class = {
47     .class_name = "dnxhd",
48     .item_name  = av_default_item_name,
49     .option     = options,
50     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
51 };
52
53 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
54
55 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
56 {
57     int i;
58     for (i = 0; i < 4; i++) {
59         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
60         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
61         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
62         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
63         pixels += line_size;
64         block += 8;
65     }
66     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
67     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
68     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
69     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
70 }
71
72 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
73 {
74     int i;
75     const uint16_t* pixels16 = (const uint16_t*)pixels;
76     line_size >>= 1;
77
78     for (i = 0; i < 4; i++) {
79         block[0] = pixels16[0]; block[1] = pixels16[1];
80         block[2] = pixels16[2]; block[3] = pixels16[3];
81         block[4] = pixels16[4]; block[5] = pixels16[5];
82         block[6] = pixels16[6]; block[7] = pixels16[7];
83         pixels16 += line_size;
84         block += 8;
85     }
86     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
87     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
88     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
89     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
90 }
91
92 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
93                                     int n, int qscale, int *overflow)
94 {
95     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
96     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
97     int last_non_zero = 0;
98     int i;
99
100     ctx->dsp.fdct(block);
101
102     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
103     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
104
105     for (i = 1; i < 64; ++i) {
106         int j = scantable[i];
107         int sign = block[j] >> 31;
108         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
109         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
110         block[j] = (level ^ sign) - sign;
111         if (level)
112             last_non_zero = i;
113     }
114
115     return last_non_zero;
116 }
117
118 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
119 {
120     int i, j, level, run;
121     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
122
123     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
124     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
125     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
126     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
127
128     ctx->vlc_codes += max_level*2;
129     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
130     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
131         for (run = 0; run < 2; run++) {
132             int index = (level<<1)|run;
133             int sign, offset = 0, alevel = level;
134
135             MASK_ABS(sign, alevel);
136             if (alevel > 64) {
137                 offset = (alevel-1)>>6;
138                 alevel -= offset<<6;
139             }
140             for (j = 0; j < 257; j++) {
141                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] >> 1 == alevel &&
142                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 1) && offset) &&
143                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 2) && run)) {
144                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
145                     if (alevel) {
146                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
147                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
148                     } else {
149                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
150                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
151                     }
152                     break;
153                 }
154             }
155             av_assert0(!alevel || j < 257);
156             if (offset) {
157                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
158                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
159             }
160         }
161     }
162     for (i = 0; i < 62; i++) {
163         int run = ctx->cid_table->run[i];
164         av_assert0(run < 63);
165         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
166         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
167     }
168     return 0;
169  fail:
170     return -1;
171 }
172
173 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
174 {
175     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
176     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
177     int qscale, i;
178     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
179     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
180
181     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
182     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
183     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
184     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
185
186     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
187         for (i = 1; i < 64; i++) {
188             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
189             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
190         }
191         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
192                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
193         for (i = 1; i < 64; i++) {
194             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
195             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
196         }
197         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
198                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
199
200         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
201             for (i = 0; i < 64; i++) {
202                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
203                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
204                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
205             }
206         }
207     } else {
208         // 10-bit
209         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
210             for (i = 1; i < 64; i++) {
211                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
212
213                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
214                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
215                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
216                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
217                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
218                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
219                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
220                 // For 10-bit samples, p / s == 2
221                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
222                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
223             }
224         }
225     }
226
227     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
228     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
229     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
230     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
231
232     return 0;
233  fail:
234     return -1;
235 }
236
237 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
238 {
239     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
240     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
241         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
242
243     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
244     ctx->qscale = 1;
245     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
246     return 0;
247  fail:
248     return -1;
249 }
250
251 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
252 {
253     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
254     int i, index, bit_depth;
255
256     switch (avctx->pix_fmt) {
257     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
258         bit_depth = 8;
259         break;
260     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
261         bit_depth = 10;
262         break;
263     default:
264         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
265         return -1;
266     }
267
268     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
269     if (!ctx->cid) {
270         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD. Valid DNxHD profiles:\n");
271         ff_dnxhd_print_profiles(avctx, AV_LOG_ERROR);
272         return -1;
273     }
274     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
275
276     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
277     av_assert0(index >= 0);
278     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
279
280     ctx->m.avctx = avctx;
281     ctx->m.mb_intra = 1;
282     ctx->m.h263_aic = 1;
283
284     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
285
286     ff_dct_common_init(&ctx->m);
287     ff_dct_encode_init(&ctx->m);
288
289     if (!ctx->m.dct_quantize)
290         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
291
292     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
293        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
294        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
295        ctx->block_width_l2 = 4;
296     } else {
297        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
298        ctx->block_width_l2 = 3;
299     }
300
301     if (ARCH_X86)
302         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
303
304     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
305     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
306
307     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
308         ctx->interlaced = 1;
309         ctx->m.mb_height /= 2;
310     }
311
312     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
313
314     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
315         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
316     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
317         return -1;
318
319     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
320     if (ctx->nitris_compat)
321         ctx->min_padding = 1600;
322
323     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
324         return -1;
325     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
326         return -1;
327
328     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
329     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
330     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
331     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
332
333     ctx->frame.key_frame = 1;
334     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
335     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
336
337     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
338         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
339         return -1;
340     }
341
342     ctx->thread[0] = ctx;
343     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
344         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
345         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
346     }
347
348     return 0;
349  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
350     return -1;
351 }
352
353 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
354 {
355     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
356     static const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
357
358     memset(buf, 0, 640);
359
360     memcpy(buf, header_prefix, 5);
361     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
362     buf[6] = 0x80; // crc flag off
363     buf[7] = 0xa0; // reserved
364     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
365     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
366     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
367
368     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
369     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
370     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
371     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
372
373     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
374
375     buf[0x167] = 0x02; // reserved
376     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
377     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
378     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
379
380     ctx->msip = buf + 0x170;
381     return 0;
382 }
383
384 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
385 {
386     int nbits;
387     if (diff < 0) {
388         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
389         diff--;
390     } else {
391         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
392     }
393     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
394              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
395 }
396
397 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index, int n)
398 {
399     int last_non_zero = 0;
400     int slevel, i, j;
401
402     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
403     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
404
405     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
406         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
407         slevel = block[j];
408         if (slevel) {
409             int run_level = i - last_non_zero - 1;
410             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
411             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
412             if (run_level)
413                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
414             last_non_zero = i;
415         }
416     }
417     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
418 }
419
420 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale, int last_index)
421 {
422     const uint8_t *weight_matrix;
423     int level;
424     int i;
425
426     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
427
428     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
429         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
430         level = block[j];
431         if (level) {
432             if (level < 0) {
433                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
434                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
435                     if (weight_matrix[i] != 8)
436                         level += 8;
437                     level >>= 4;
438                 } else {
439                     if (weight_matrix[i] != 32)
440                         level += 32;
441                     level >>= 6;
442                 }
443                 level = -level;
444             } else {
445                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
446                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
447                     if (weight_matrix[i] != 8)
448                         level += 8;
449                     level >>= 4;
450                 } else {
451                     if (weight_matrix[i] != 32)
452                         level += 32;
453                     level >>= 6;
454                 }
455             }
456             block[j] = level;
457         }
458     }
459 }
460
461 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
462 {
463     int score = 0;
464     int i;
465     for (i = 0; i < 64; i++)
466         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
467     return score;
468 }
469
470 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
471 {
472     int last_non_zero = 0;
473     int bits = 0;
474     int i, j, level;
475     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
476         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
477         level = block[j];
478         if (level) {
479             int run_level = i - last_non_zero - 1;
480             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
481             last_non_zero = i;
482         }
483     }
484     return bits;
485 }
486
487 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
488 {
489     const int bs = ctx->block_width_l2;
490     const int bw = 1 << bs;
491     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
492     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
493     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
494     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
495
496     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
497     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
498     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
499     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
500
501     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
502         if (ctx->interlaced) {
503             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
504             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
505             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
506             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
507         } else {
508             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
509             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
510             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
511             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
512         }
513     } else {
514         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
515         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
516         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
517         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
518     }
519 }
520
521 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
522 {
523     const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
524     return component[i];
525 }
526
527 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
528 {
529     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
530     int mb_y = jobnr, mb_x;
531     int qscale = ctx->qscale;
532     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
533     ctx = ctx->thread[threadnr];
534
535     ctx->m.last_dc[0] =
536     ctx->m.last_dc[1] =
537     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
538
539     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
540         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
541         int ssd     = 0;
542         int ac_bits = 0;
543         int dc_bits = 0;
544         int i;
545
546         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
547
548         for (i = 0; i < 8; i++) {
549             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
550             int overflow, nbits, diff, last_index;
551             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
552
553             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
554             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
555             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
556
557             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
558             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
559             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
560
561             av_assert1(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
562             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
563
564             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
565
566             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
567                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
568                 ctx->m.dsp.idct(block);
569                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
570             }
571         }
572         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
573         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
574     }
575     return 0;
576 }
577
578 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
579 {
580     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
581     int mb_y = jobnr, mb_x;
582     ctx = ctx->thread[threadnr];
583     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
584
585     ctx->m.last_dc[0] =
586     ctx->m.last_dc[1] =
587     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
588     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
589         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
590         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
591         int i;
592
593         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
594
595         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
596
597         for (i = 0; i < 8; i++) {
598             int16_t *block = ctx->blocks[i];
599             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
600             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
601             //START_TIMER;
602             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
603             //STOP_TIMER("encode_block");
604         }
605     }
606     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
607         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
608     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
609     return 0;
610 }
611
612 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
613 {
614     int mb_y, mb_x;
615     int offset = 0;
616     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
617         int thread_size;
618         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
619         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
620         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
621             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
622             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
623         }
624         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
625         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
626         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
627         offset += thread_size;
628     }
629 }
630
631 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
632 {
633     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
634     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
635     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
636                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
637
638     ctx = ctx->thread[threadnr];
639     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
640         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
641         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
642             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
643             int sum;
644             int varc;
645
646             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16) {
647                 sum  = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
648                 varc = ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
649             } else {
650                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
651                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
652                 sum = varc = 0;
653                 for (y = 0; y < bh; y++) {
654                     for (x = 0; x < bw; x++) {
655                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
656                         sum  += val;
657                         varc += val * val;
658                     }
659                 }
660             }
661             varc = (varc - (((unsigned)sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
662
663             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
664             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
665         }
666     } else { // 10-bit
667         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
668         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
669             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
670             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
671             int sum = 0;
672             int sqsum = 0;
673             int mean, sqmean;
674             int i, j;
675             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
676             for (i = 0; i < 16; ++i) {
677                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
678                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
679                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
680                     sum += sample;
681                     sqsum += sample * sample;
682                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
683                 }
684                 pix += linesize;
685             }
686             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
687             sqmean = sqsum >> 8;
688             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
689             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
690         }
691     }
692     return 0;
693 }
694
695 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
696 {
697     int lambda, up_step, down_step;
698     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
699     int x, y, q;
700
701     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
702         ctx->qscale = q;
703         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
704     }
705     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
706     lambda = ctx->lambda;
707
708     for (;;) {
709         int bits = 0;
710         int end = 0;
711         if (lambda == last_higher) {
712             lambda++;
713             end = 1; // need to set final qscales/bits
714         }
715         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
716             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
717                 unsigned min = UINT_MAX;
718                 int qscale = 1;
719                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
720                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
721                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
722                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
723                     if (score < min) {
724                         min = score;
725                         qscale = q;
726                     }
727                 }
728                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
729                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
730                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
731             }
732             bits = (bits+31)&~31; // padding
733             if (bits > ctx->frame_bits)
734                 break;
735         }
736         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
737         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
738         if (end) {
739             if (bits > ctx->frame_bits)
740                 return -1;
741             break;
742         }
743         if (bits < ctx->frame_bits) {
744             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
745             if (last_higher != 0)
746                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
747             else
748                 lambda -= down_step;
749             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
750             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
751             lambda = FFMAX(1, lambda);
752             if (lambda == last_lower)
753                 break;
754         } else {
755             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
756             if (last_lower != INT_MAX)
757                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
758             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
759                 return -1;
760             else
761                 lambda += up_step;
762             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
763             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
764         }
765     }
766     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
767     ctx->lambda = lambda;
768     return 0;
769 }
770
771 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
772 {
773     int bits = 0;
774     int up_step = 1;
775     int down_step = 1;
776     int last_higher = 0;
777     int last_lower = INT_MAX;
778     int qscale;
779     int x, y;
780
781     qscale = ctx->qscale;
782     for (;;) {
783         bits = 0;
784         ctx->qscale = qscale;
785         // XXX avoid recalculating bits
786         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
787         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
788             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
789                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
790             bits = (bits+31)&~31; // padding
791             if (bits > ctx->frame_bits)
792                 break;
793         }
794         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
795         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
796         if (bits < ctx->frame_bits) {
797             if (qscale == 1)
798                 return 1;
799             if (last_higher == qscale - 1) {
800                 qscale = last_higher;
801                 break;
802             }
803             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
804             if (last_higher != 0)
805                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
806             else
807                 qscale -= down_step++;
808             if (qscale < 1)
809                 qscale = 1;
810             up_step = 1;
811         } else {
812             if (last_lower == qscale + 1)
813                 break;
814             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
815             if (last_lower != INT_MAX)
816                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
817             else
818                 qscale += up_step++;
819             down_step = 1;
820             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
821                 return -1;
822         }
823     }
824     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
825     ctx->qscale = qscale;
826     return 0;
827 }
828
829 #define BUCKET_BITS 8
830 #define RADIX_PASSES 4
831 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
832
833 static inline int get_bucket(int value, int shift)
834 {
835     value >>= shift;
836     value &= NBUCKETS - 1;
837     return NBUCKETS - 1 - value;
838 }
839
840 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
841 {
842     int i, j;
843     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
844     for (i = 0; i < size; i++) {
845         int v = data[i].value;
846         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
847             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
848             v >>= BUCKET_BITS;
849         }
850         av_assert1(!v);
851     }
852     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
853         int offset = size;
854         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
855             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
856         av_assert1(!buckets[j][0]);
857     }
858 }
859
860 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
861 {
862     int shift = pass * BUCKET_BITS;
863     int i;
864     for (i = 0; i < size; i++) {
865         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
866         int pos = buckets[v]++;
867         dst[pos] = data[i];
868     }
869 }
870
871 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
872 {
873     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
874     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
875     radix_count(data, size, buckets);
876     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
877     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
878     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
879         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
880         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
881     }
882     av_free(tmp);
883 }
884
885 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
886 {
887     int max_bits = 0;
888     int ret, x, y;
889     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
890         return -1;
891     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
892         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
893             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
894             int delta_bits;
895             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
896             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
897             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
898             if (!RC_VARIANCE) {
899                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
900                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
901                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
902                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
903                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
904             }
905         }
906         max_bits += 31; //worst padding
907     }
908     if (!ret) {
909         if (RC_VARIANCE)
910             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
911         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
912         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
913             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
914             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
915             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
916             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
917         }
918     }
919     return 0;
920 }
921
922 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
923 {
924     int i;
925
926     for (i = 0; i < 3; i++) {
927         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
928         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
929     }
930
931     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
932         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
933         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
934         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
935         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
936     }
937
938     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
939     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
940 }
941
942 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
943                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
944 {
945     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
946     int first_field = 1;
947     int offset, i, ret;
948     uint8_t *buf;
949
950     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0)
951         return ret;
952     buf = pkt->data;
953
954     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
955
956  encode_coding_unit:
957     for (i = 0; i < 3; i++) {
958         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
959         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
960             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
961     }
962
963     dnxhd_write_header(avctx, buf);
964
965     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
966         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
967     else
968         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
969     if (ret < 0) {
970         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
971                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
972         return -1;
973     }
974
975     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
976
977     offset = 0;
978     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
979         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
980         offset += ctx->slice_size[i];
981         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
982     }
983
984     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
985
986     av_assert1(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
987     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
988
989     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
990
991     if (ctx->interlaced && first_field) {
992         first_field     = 0;
993         ctx->cur_field ^= 1;
994         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
995         goto encode_coding_unit;
996     }
997
998     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
999
1000     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1001     *got_packet = 1;
1002     return 0;
1003 }
1004
1005 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1006 {
1007     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1008     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
1009     int i;
1010
1011     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
1012     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
1013     av_freep(&ctx->run_codes);
1014     av_freep(&ctx->run_bits);
1015
1016     av_freep(&ctx->mb_bits);
1017     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1018     av_freep(&ctx->mb_rc);
1019     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1020     av_freep(&ctx->slice_size);
1021     av_freep(&ctx->slice_offs);
1022
1023     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1024     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1025     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1026     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1027
1028     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1029         av_freep(&ctx->thread[i]);
1030
1031     return 0;
1032 }
1033
1034 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1035     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1036     { NULL },
1037 };
1038
1039 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1040     .name           = "dnxhd",
1041     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1042     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1043     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1044     .init           = dnxhd_encode_init,
1045     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1046     .close          = dnxhd_encode_end,
1047     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1048     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV422P,
1049                                                   AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1050                                                   AV_PIX_FMT_NONE },
1051     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1052     .priv_class     = &dnxhd_class,
1053     .defaults       = dnxhd_defaults,
1054 };