6c141d5533ad6d79bbc340e393f9d7500322251e
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhdenc.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD encoder
3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  *
5  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 //#define DEBUG
25 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
26
27 #include "avcodec.h"
28 #include "dsputil.h"
29 #include "mpegvideo.h"
30 #include "dnxhdenc.h"
31
32 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
33
34 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
35
36 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_8x4(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
37 {
38     int i;
39     for (i = 0; i < 4; i++) {
40         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
41         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
42         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
43         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
44         pixels += line_size;
45         block += 8;
46     }
47     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
48     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
49     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
50     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
51 }
52
53 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
54 {
55     int i, j, level, run;
56     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
57
58     CHECKED_ALLOCZ(ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes));
59     CHECKED_ALLOCZ(ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits));
60     CHECKED_ALLOCZ(ctx->run_codes, 63*2);
61     CHECKED_ALLOCZ(ctx->run_bits,    63);
62
63     ctx->vlc_codes += max_level*2;
64     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
65     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
66         for (run = 0; run < 2; run++) {
67             int index = (level<<1)|run;
68             int sign, offset = 0, alevel = level;
69
70             MASK_ABS(sign, alevel);
71             if (alevel > 64) {
72                 offset = (alevel-1)>>6;
73                 alevel -= offset<<6;
74             }
75             for (j = 0; j < 257; j++) {
76                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
77                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
78                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
79                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
80                     if (alevel) {
81                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
82                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
83                     } else {
84                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
85                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
86                     }
87                     break;
88                 }
89             }
90             assert(!alevel || j < 257);
91             if (offset) {
92                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
93                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
94             }
95         }
96     }
97     for (i = 0; i < 62; i++) {
98         int run = ctx->cid_table->run[i];
99         assert(run < 63);
100         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
101         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
102     }
103     return 0;
104  fail:
105     return -1;
106 }
107
108 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
109 {
110     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
111     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
112     int qscale, i;
113
114     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
115     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
116     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
117     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
118
119     for (i = 1; i < 64; i++) {
120         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
121         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
122     }
123     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
124                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
125     for (i = 1; i < 64; i++) {
126         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
127         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
128     }
129     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
130                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
131     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
132         for (i = 0; i < 64; i++) {
133             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
134             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
135             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
136         }
137     }
138     return 0;
139  fail:
140     return -1;
141 }
142
143 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
144 {
145     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry));
146     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
147         CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry));
148
149     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
150     ctx->qscale = 1;
151     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
152     return 0;
153  fail:
154     return -1;
155 }
156
157 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
158 {
159     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
160     int i, index;
161
162     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
163     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
164         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
165         return -1;
166     }
167     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
168
169     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
170     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
171
172     ctx->m.avctx = avctx;
173     ctx->m.mb_intra = 1;
174     ctx->m.h263_aic = 1;
175
176     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
177     ff_dct_common_init(&ctx->m);
178     if (!ctx->m.dct_quantize)
179         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
180
181     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
182     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
183
184     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
185         ctx->interlaced = 1;
186         ctx->m.mb_height /= 2;
187     }
188
189     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
190
191     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
192         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
193     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
194         return -1;
195
196     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
197         return -1;
198     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
199         return -1;
200
201     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
202     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
203     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
204
205     ctx->frame.key_frame = 1;
206     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
207     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
208
209     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
210         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
211         return -1;
212     }
213
214     ctx->thread[0] = ctx;
215     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
216         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
217         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
218     }
219
220     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
221         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
222         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
223     }
224
225     return 0;
226  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
227     return -1;
228 }
229
230 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
231 {
232     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
233     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
234
235     memcpy(buf, header_prefix, 5);
236     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
237     buf[6] = 0x80; // crc flag off
238     buf[7] = 0xa0; // reserved
239     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
240     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
241     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
242
243     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
244     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
245     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
246     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
247
248     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
249
250     buf[0x167] = 0x02; // reserved
251     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
252     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
253     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
254
255     ctx->msip = buf + 0x170;
256     return 0;
257 }
258
259 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
260 {
261     int nbits;
262     if (diff < 0) {
263         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
264         diff--;
265     } else {
266         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
267     }
268     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
269              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
270 }
271
272 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
273 {
274     int last_non_zero = 0;
275     int slevel, i, j;
276
277     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
278     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
279
280     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
281         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
282         slevel = block[j];
283         if (slevel) {
284             int run_level = i - last_non_zero - 1;
285             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
286             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
287             if (run_level)
288                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
289             last_non_zero = i;
290         }
291     }
292     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
293 }
294
295 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
296 {
297     const uint8_t *weight_matrix;
298     int level;
299     int i;
300
301     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
302
303     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
304         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
305         level = block[j];
306         if (level) {
307             if (level < 0) {
308                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
309                 if (weight_matrix[i] != 32)
310                     level += 32;
311                 level >>= 6;
312                 level = -level;
313             } else {
314                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
315                 if (weight_matrix[i] != 32)
316                     level += 32;
317                 level >>= 6;
318             }
319             block[j] = level;
320         }
321     }
322 }
323
324 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
325 {
326     int score = 0;
327     int i;
328     for (i = 0; i < 64; i++)
329         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
330     return score;
331 }
332
333 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
334 {
335     int last_non_zero = 0;
336     int bits = 0;
337     int i, j, level;
338     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
339         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
340         level = block[j];
341         if (level) {
342             int run_level = i - last_non_zero - 1;
343             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
344             last_non_zero = i;
345         }
346     }
347     return bits;
348 }
349
350 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
351 {
352     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
353     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
354     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
355     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
356
357     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
358     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
359     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
360     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
361
362     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
363         if (ctx->interlaced) {
364             dnxhd_get_pixels_8x4(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
365             dnxhd_get_pixels_8x4(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
366             dnxhd_get_pixels_8x4(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
367             dnxhd_get_pixels_8x4(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
368         } else {
369             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
370             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
371         }
372     } else {
373         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
374         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
375         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
376         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
377     }
378 }
379
380 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
381 {
382     if (i&2) {
383         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
384         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
385         return 1 + (i&1);
386     } else {
387         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
388         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
389         return 0;
390     }
391 }
392
393 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
394 {
395     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
396     int mb_y, mb_x;
397     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
398
399     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
400         ctx->m.last_dc[0] =
401         ctx->m.last_dc[1] =
402         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
403
404         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
405             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
406             int ssd     = 0;
407             int ac_bits = 0;
408             int dc_bits = 0;
409             int i;
410
411             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
412
413             for (i = 0; i < 8; i++) {
414                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
415                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
416                 int overflow, nbits, diff, last_index;
417                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
418
419                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
420                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
421                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
422
423                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
424                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
425                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
426                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
427
428                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
429
430                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
431                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
432                     ctx->m.dsp.idct(block);
433                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
434                 }
435             }
436             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
437             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
438         }
439     }
440     return 0;
441 }
442
443 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
444 {
445     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
446     int mb_y, mb_x;
447
448     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
449         ctx->m.last_dc[0] =
450         ctx->m.last_dc[1] =
451         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
452         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
453             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
454             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
455             int i;
456
457             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
458
459             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
460
461             for (i = 0; i < 8; i++) {
462                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
463                 int last_index, overflow;
464                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
465                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
466                 //START_TIMER;
467                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
468                 //STOP_TIMER("encode_block");
469             }
470         }
471         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
472             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
473     }
474     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
475     return 0;
476 }
477
478 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
479 {
480     int mb_y, mb_x;
481     int i, offset = 0;
482     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
483         int thread_size = 0;
484         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
485             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
486             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
487                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
488                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
489             }
490             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
491             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
492             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
493         }
494         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
495         offset += thread_size;
496     }
497 }
498
499 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
500 {
501     DNXHDEncContext *ctx = *(void**)arg;
502     int mb_y, mb_x;
503     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
504         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
505             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
506             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
507             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
508             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
509             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
510             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
511         }
512     }
513     return 0;
514 }
515
516 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
517 {
518     int lambda, up_step, down_step;
519     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
520     int x, y, q;
521
522     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
523         ctx->qscale = q;
524         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
525     }
526     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
527     lambda = ctx->lambda;
528
529     for (;;) {
530         int bits = 0;
531         int end = 0;
532         if (lambda == last_higher) {
533             lambda++;
534             end = 1; // need to set final qscales/bits
535         }
536         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
537             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
538                 unsigned min = UINT_MAX;
539                 int qscale = 1;
540                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
541                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
542                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
543                     if (score < min) {
544                         min = score;
545                         qscale = q;
546                     }
547                 }
548                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
549                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
550                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
551             }
552             bits = (bits+31)&~31; // padding
553             if (bits > ctx->frame_bits)
554                 break;
555         }
556         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
557         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
558         if (end) {
559             if (bits > ctx->frame_bits)
560                 return -1;
561             break;
562         }
563         if (bits < ctx->frame_bits) {
564             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
565             if (last_higher != 0)
566                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
567             else
568                 lambda -= down_step;
569             down_step *= 5; // XXX tune ?
570             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
571             lambda = FFMAX(1, lambda);
572             if (lambda == last_lower)
573                 break;
574         } else {
575             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
576             if (last_lower != INT_MAX)
577                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
578             else
579                 lambda += up_step;
580             up_step *= 5;
581             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
582         }
583     }
584     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
585     ctx->lambda = lambda;
586     return 0;
587 }
588
589 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
590 {
591     int bits = 0;
592     int up_step = 1;
593     int down_step = 1;
594     int last_higher = 0;
595     int last_lower = INT_MAX;
596     int qscale;
597     int x, y;
598
599     qscale = ctx->qscale;
600     for (;;) {
601         bits = 0;
602         ctx->qscale = qscale;
603         // XXX avoid recalculating bits
604         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count, sizeof(void*));
605         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
606             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
607                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
608             bits = (bits+31)&~31; // padding
609             if (bits > ctx->frame_bits)
610                 break;
611         }
612         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
613         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
614         if (bits < ctx->frame_bits) {
615             if (qscale == 1)
616                 return 1;
617             if (last_higher == qscale - 1) {
618                 qscale = last_higher;
619                 break;
620             }
621             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
622             if (last_higher != 0)
623                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
624             else
625                 qscale -= down_step++;
626             if (qscale < 1)
627                 qscale = 1;
628             up_step = 1;
629         } else {
630             if (last_lower == qscale + 1)
631                 break;
632             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
633             if (last_lower != INT_MAX)
634                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
635             else
636                 qscale += up_step++;
637             down_step = 1;
638             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
639                 return -1;
640         }
641     }
642     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
643     ctx->qscale = qscale;
644     return 0;
645 }
646
647 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
648 {
649     return ((const RCCMPEntry *)b)->value - ((const RCCMPEntry *)a)->value;
650 }
651
652 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
653 {
654     int max_bits = 0;
655     int ret, x, y;
656     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
657         return -1;
658     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
659         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
660             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
661             int delta_bits;
662             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
663             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
664             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
665             if (!RC_VARIANCE) {
666                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
667                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
668                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
669                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
670                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
671             }
672         }
673         max_bits += 31; //worst padding
674     }
675     if (!ret) {
676         if (RC_VARIANCE)
677             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
678         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
679         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
680             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
681             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
682             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
683             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
684         }
685     }
686     return 0;
687 }
688
689 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
690 {
691     int i;
692
693     for (i = 0; i < 3; i++) {
694         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
695         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
696     }
697
698     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
699         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
700         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
701         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
702         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
703     }
704
705     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
706     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
707 }
708
709 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, const void *data)
710 {
711     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
712     int first_field = 1;
713     int offset, i, ret;
714
715     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
716         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
717         return -1;
718     }
719
720     dnxhd_load_picture(ctx, data);
721
722  encode_coding_unit:
723     for (i = 0; i < 3; i++) {
724         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
725         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
726             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
727     }
728
729     dnxhd_write_header(avctx, buf);
730
731     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
732         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
733     else
734         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
735     if (ret < 0) {
736         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
737         return -1;
738     }
739
740     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
741
742     offset = 0;
743     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
744         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
745         offset += ctx->slice_size[i];
746         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
747     }
748
749     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count, sizeof(void*));
750
751     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
752
753     if (ctx->interlaced && first_field) {
754         first_field     = 0;
755         ctx->cur_field ^= 1;
756         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
757         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
758         goto encode_coding_unit;
759     }
760
761     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
762
763     return ctx->cid_table->frame_size;
764 }
765
766 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
767 {
768     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
769     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
770     int i;
771
772     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
773     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
774     av_freep(&ctx->run_codes);
775     av_freep(&ctx->run_bits);
776
777     av_freep(&ctx->mb_bits);
778     av_freep(&ctx->mb_qscale);
779     av_freep(&ctx->mb_rc);
780     av_freep(&ctx->mb_cmp);
781     av_freep(&ctx->slice_size);
782
783     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
784     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
785     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
786     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
787
788     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
789         av_freep(&ctx->thread[i]);
790
791     return 0;
792 }
793
794 AVCodec dnxhd_encoder = {
795     "dnxhd",
796     CODEC_TYPE_VIDEO,
797     CODEC_ID_DNXHD,
798     sizeof(DNXHDEncContext),
799     dnxhd_encode_init,
800     dnxhd_encode_picture,
801     dnxhd_encode_end,
802     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
803     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
804 };