git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/qsvenc.c

   1 /*
   2  * Intel MediaSDK QSV encoder utility functions
   3  *
   4  * copyright (c) 2013 Yukinori Yamazoe
   5  * copyright (c) 2015 Anton Khirnov
   6  *
   7  * This file is part of Libav.
   8  *
   9  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include <string.h>
  25 #include <sys/types.h>
  26 #include <mfx/mfxvideo.h>
  27
  28 #include "libavutil/common.h"
  29 #include "libavutil/mem.h"
  30 #include "libavutil/log.h"
  31 #include "libavutil/time.h"
  32 #include "libavutil/imgutils.h"
  33
  34 #include "avcodec.h"
  35 #include "internal.h"
  36 #include "qsv.h"
  37 #include "qsv_internal.h"
  38 #include "qsvenc.h"
  39
  40 static int init_video_param(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
  41 {
  42     const char *ratecontrol_desc;
  43
  44     float quant;
  45     int ret;
  46
  47     ret = ff_qsv_codec_id_to_mfx(avctx->codec_id);
  48     if (ret < 0)
  49         return AVERROR_BUG;
  50     q->param.mfx.CodecId = ret;
  51
  52     q->width_align = avctx->codec_id == AV_CODEC_ID_HEVC ? 32 : 16;
  53
  54     if (avctx->level > 0)
  55         q->param.mfx.CodecLevel = avctx->level;
  56
  57     q->param.mfx.CodecProfile       = q->profile;
  58     q->param.mfx.TargetUsage        = q->preset;
  59     q->param.mfx.GopPicSize         = FFMAX(0, avctx->gop_size);
  60     q->param.mfx.GopRefDist         = FFMAX(-1, avctx->max_b_frames) + 1;
  61     q->param.mfx.GopOptFlag         = avctx->flags & CODEC_FLAG_CLOSED_GOP ?
  62                                       MFX_GOP_CLOSED : 0;
  63     q->param.mfx.IdrInterval        = q->idr_interval;
  64     q->param.mfx.NumSlice           = avctx->slices;
  65     q->param.mfx.NumRefFrame        = FFMAX(0, avctx->refs);
  66     q->param.mfx.EncodedOrder       = 0;
  67     q->param.mfx.BufferSizeInKB     = 0;
  68
  69     q->param.mfx.FrameInfo.FourCC         = MFX_FOURCC_NV12;
  70     q->param.mfx.FrameInfo.Width          = FFALIGN(avctx->width, q->width_align);
  71     q->param.mfx.FrameInfo.Height         = FFALIGN(avctx->height, 32);
  72     q->param.mfx.FrameInfo.CropX          = 0;
  73     q->param.mfx.FrameInfo.CropY          = 0;
  74     q->param.mfx.FrameInfo.CropW          = avctx->width;
  75     q->param.mfx.FrameInfo.CropH          = avctx->height;
  76     q->param.mfx.FrameInfo.AspectRatioW   = avctx->sample_aspect_ratio.num;
  77     q->param.mfx.FrameInfo.AspectRatioH   = avctx->sample_aspect_ratio.den;
  78     q->param.mfx.FrameInfo.PicStruct      = MFX_PICSTRUCT_PROGRESSIVE;
  79     q->param.mfx.FrameInfo.ChromaFormat   = MFX_CHROMAFORMAT_YUV420;
  80     q->param.mfx.FrameInfo.BitDepthLuma   = 8;
  81     q->param.mfx.FrameInfo.BitDepthChroma = 8;
  82
  83     if (avctx->framerate.den > 0 && avctx->framerate.num > 0) {
  84         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtN = avctx->framerate.num;
  85         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtD = avctx->framerate.den;
  86     } else {
  87         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtN  = avctx->time_base.den;
  88         q->param.mfx.FrameInfo.FrameRateExtD  = avctx->time_base.num;
  89     }
  90
  91     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_QSCALE) {
  92         q->param.mfx.RateControlMethod = MFX_RATECONTROL_CQP;
  93         ratecontrol_desc = "constant quantization parameter (CQP)";
  94     } else if (avctx->rc_max_rate == avctx->bit_rate) {
  95         q->param.mfx.RateControlMethod = MFX_RATECONTROL_CBR;
  96         ratecontrol_desc = "constant bitrate (CBR)";
  97     } else if (!avctx->rc_max_rate) {
  98         q->param.mfx.RateControlMethod = MFX_RATECONTROL_AVBR;
  99         ratecontrol_desc = "average variable bitrate (AVBR)";
 100     } else {
 101         q->param.mfx.RateControlMethod = MFX_RATECONTROL_VBR;
 102         ratecontrol_desc = "variable bitrate (VBR)";
 103     }
 104
 105     av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Using the %s ratecontrol method\n", ratecontrol_desc);
 106
 107     switch (q->param.mfx.RateControlMethod) {
 108     case MFX_RATECONTROL_CBR:
 109     case MFX_RATECONTROL_VBR:
 110         q->param.mfx.InitialDelayInKB = avctx->rc_initial_buffer_occupancy / 1000;
 111         q->param.mfx.TargetKbps       = avctx->bit_rate / 1000;
 112         q->param.mfx.MaxKbps          = avctx->bit_rate / 1000;
 113         break;
 114     case MFX_RATECONTROL_CQP:
 115         quant = avctx->global_quality / FF_QP2LAMBDA;
 116
 117         q->param.mfx.QPI = av_clip(quant * fabs(avctx->i_quant_factor) + avctx->i_quant_offset, 0, 51);
 118         q->param.mfx.QPP = av_clip(quant, 0, 51);
 119         q->param.mfx.QPB = av_clip(quant * fabs(avctx->b_quant_factor) + avctx->b_quant_offset, 0, 51);
 120
 121         break;
 122     case MFX_RATECONTROL_AVBR:
 123         q->param.mfx.TargetKbps  = avctx->bit_rate / 1000;
 124         q->param.mfx.Convergence = q->avbr_convergence;
 125         q->param.mfx.Accuracy    = q->avbr_accuracy;
 126         break;
 127     }
 128
 129     // the HEVC encoder plugin currently fails if coding options
 130     // are provided
 131     if (avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_HEVC) {
 132         q->extco.Header.BufferId      = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION;
 133         q->extco.Header.BufferSz      = sizeof(q->extco);
 134         q->extco.CAVLC                = avctx->coder_type == FF_CODER_TYPE_VLC ?
 135                                         MFX_CODINGOPTION_ON : MFX_CODINGOPTION_UNKNOWN;
 136
 137         q->extparam[0] = (mfxExtBuffer *)&q->extco;
 138
 139         q->param.ExtParam    = q->extparam;
 140         q->param.NumExtParam = FF_ARRAY_ELEMS(q->extparam);
 141     }
 142
 143     return 0;
 144 }
 145
 146 static int qsv_retrieve_enc_params(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
 147 {
 148     uint8_t sps_buf[128];
 149     uint8_t pps_buf[128];
 150
 151     mfxExtCodingOptionSPSPPS extradata = {
 152         .Header.BufferId = MFX_EXTBUFF_CODING_OPTION_SPSPPS,
 153         .Header.BufferSz = sizeof(extradata),
 154         .SPSBuffer = sps_buf, .SPSBufSize = sizeof(sps_buf),
 155         .PPSBuffer = pps_buf, .PPSBufSize = sizeof(pps_buf)
 156     };
 157
 158     mfxExtBuffer *ext_buffers[] = {
 159         (mfxExtBuffer*)&extradata,
 160     };
 161
 162     int need_pps = avctx->codec_id != AV_CODEC_ID_MPEG2VIDEO;
 163     int ret;
 164
 165     q->param.ExtParam    = ext_buffers;
 166     q->param.NumExtParam = FF_ARRAY_ELEMS(ext_buffers);
 167
 168     ret = MFXVideoENCODE_GetVideoParam(q->session, &q->param);
 169     if (ret < 0)
 170         return ff_qsv_error(ret);
 171
 172     q->packet_size = q->param.mfx.BufferSizeInKB * 1000;
 173
 174     if (!extradata.SPSBufSize || (need_pps && !extradata.PPSBufSize)) {
 175         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No extradata returned from libmfx.\n");
 176         return AVERROR_UNKNOWN;
 177     }
 178
 179     avctx->extradata = av_malloc(extradata.SPSBufSize + need_pps * extradata.PPSBufSize +
 180                                  FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 181     if (!avctx->extradata)
 182         return AVERROR(ENOMEM);
 183
 184     memcpy(avctx->extradata,                        sps_buf, extradata.SPSBufSize);
 185     if (need_pps)
 186         memcpy(avctx->extradata + extradata.SPSBufSize, pps_buf, extradata.PPSBufSize);
 187     avctx->extradata_size = extradata.SPSBufSize + need_pps * extradata.PPSBufSize;
 188     memset(avctx->extradata + avctx->extradata_size, 0, FF_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 189
 190     return 0;
 191 }
 192
 193 int ff_qsv_enc_init(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
 194 {
 195     int ret;
 196
 197     q->param.IOPattern  = MFX_IOPATTERN_IN_SYSTEM_MEMORY;
 198     q->param.AsyncDepth = q->async_depth;
 199
 200     if (avctx->hwaccel_context) {
 201         AVQSVContext *qsv = avctx->hwaccel_context;
 202
 203         q->session         = qsv->session;
 204         q->param.IOPattern = qsv->iopattern;
 205     }
 206
 207     if (!q->session) {
 208         ret = ff_qsv_init_internal_session(avctx, &q->internal_session,
 209                                            q->load_plugins);
 210         if (ret < 0)
 211             return ret;
 212
 213         q->session = q->internal_session;
 214     }
 215
 216     ret = init_video_param(avctx, q);
 217     if (ret < 0)
 218         return ret;
 219
 220     ret = MFXVideoENCODE_QueryIOSurf(q->session, &q->param, &q->req);
 221     if (ret < 0) {
 222         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error querying the encoding parameters\n");
 223         return ff_qsv_error(ret);
 224     }
 225
 226     ret = MFXVideoENCODE_Init(q->session, &q->param);
 227     if (ret < 0) {
 228         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error initializing the encoder\n");
 229         return ff_qsv_error(ret);
 230     }
 231
 232     ret = qsv_retrieve_enc_params(avctx, q);
 233     if (ret < 0) {
 234         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error retrieving encoding parameters.\n");
 235         return ret;
 236     }
 237
 238     avctx->coded_frame = av_frame_alloc();
 239     if (!avctx->coded_frame)
 240         return AVERROR(ENOMEM);
 241
 242     q->avctx = avctx;
 243
 244     return 0;
 245 }
 246
 247 static void clear_unused_frames(QSVEncContext *q)
 248 {
 249     QSVFrame *cur = q->work_frames;
 250     while (cur) {
 251         if (cur->surface && !cur->surface->Data.Locked) {
 252             cur->surface = NULL;
 253             av_frame_unref(cur->frame);
 254         }
 255         cur = cur->next;
 256     }
 257 }
 258
 259 static int get_free_frame(QSVEncContext *q, QSVFrame **f)
 260 {
 261     QSVFrame *frame, **last;
 262
 263     clear_unused_frames(q);
 264
 265     frame = q->work_frames;
 266     last  = &q->work_frames;
 267     while (frame) {
 268         if (!frame->surface) {
 269             *f = frame;
 270             return 0;
 271         }
 272
 273         last  = &frame->next;
 274         frame = frame->next;
 275     }
 276
 277     frame = av_mallocz(sizeof(*frame));
 278     if (!frame)
 279         return AVERROR(ENOMEM);
 280     frame->frame = av_frame_alloc();
 281     if (!frame->frame) {
 282         av_freep(&frame);
 283         return AVERROR(ENOMEM);
 284     }
 285     *last = frame;
 286
 287     *f = frame;
 288
 289     return 0;
 290 }
 291
 292 static int submit_frame(QSVEncContext *q, const AVFrame *frame,
 293                         mfxFrameSurface1 **surface)
 294 {
 295     QSVFrame *qf;
 296     int ret;
 297
 298     ret = get_free_frame(q, &qf);
 299     if (ret < 0)
 300         return ret;
 301
 302     if (frame->format == AV_PIX_FMT_QSV) {
 303         ret = av_frame_ref(qf->frame, frame);
 304         if (ret < 0)
 305             return ret;
 306
 307         qf->surface = (mfxFrameSurface1*)qf->frame->data[3];
 308         *surface = qf->surface;
 309         return 0;
 310     }
 311
 312     /* make a copy if the input is not padded as libmfx requires */
 313     if (frame->height & 31 || frame->linesize[0] & (q->width_align - 1)) {
 314         qf->frame->height = FFALIGN(frame->height, 32);
 315         qf->frame->width  = FFALIGN(frame->width, q->width_align);
 316
 317         ret = ff_get_buffer(q->avctx, qf->frame, AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
 318         if (ret < 0)
 319             return ret;
 320
 321         qf->frame->height = frame->height;
 322         qf->frame->width  = frame->width;
 323         ret = av_frame_copy(qf->frame, frame);
 324         if (ret < 0) {
 325             av_frame_unref(qf->frame);
 326             return ret;
 327         }
 328     } else {
 329         ret = av_frame_ref(qf->frame, frame);
 330         if (ret < 0)
 331             return ret;
 332     }
 333
 334     qf->surface_internal.Info = q->param.mfx.FrameInfo;
 335
 336     qf->surface_internal.Info.PicStruct =
 337         !frame->interlaced_frame ? MFX_PICSTRUCT_PROGRESSIVE :
 338         frame->top_field_first   ? MFX_PICSTRUCT_FIELD_TFF :
 339                                    MFX_PICSTRUCT_FIELD_BFF;
 340     if (frame->repeat_pict == 1)
 341         qf->surface_internal.Info.PicStruct |= MFX_PICSTRUCT_FIELD_REPEATED;
 342     else if (frame->repeat_pict == 2)
 343         qf->surface_internal.Info.PicStruct |= MFX_PICSTRUCT_FRAME_DOUBLING;
 344     else if (frame->repeat_pict == 4)
 345         qf->surface_internal.Info.PicStruct |= MFX_PICSTRUCT_FRAME_TRIPLING;
 346
 347     qf->surface_internal.Data.PitchLow  = qf->frame->linesize[0];
 348     qf->surface_internal.Data.Y         = qf->frame->data[0];
 349     qf->surface_internal.Data.UV        = qf->frame->data[1];
 350     qf->surface_internal.Data.TimeStamp = av_rescale_q(frame->pts, q->avctx->time_base, (AVRational){1, 90000});
 351
 352     qf->surface = &qf->surface_internal;
 353
 354     *surface = qf->surface;
 355
 356     return 0;
 357 }
 358
 359 static void print_interlace_msg(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
 360 {
 361     if (q->param.mfx.CodecId == MFX_CODEC_AVC) {
 362         if (q->param.mfx.CodecProfile == MFX_PROFILE_AVC_BASELINE ||
 363             q->param.mfx.CodecLevel < MFX_LEVEL_AVC_21 ||
 364             q->param.mfx.CodecLevel > MFX_LEVEL_AVC_41)
 365             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 366                    "Interlaced coding is supported"
 367                    " at Main/High Profile Level 2.1-4.1\n");
 368     }
 369 }
 370
 371 int ff_qsv_encode(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q,
 372                   AVPacket *pkt, const AVFrame *frame, int *got_packet)
 373 {
 374     mfxBitstream bs = { { { 0 } } };
 375
 376     mfxFrameSurface1 *surf = NULL;
 377     mfxSyncPoint sync      = NULL;
 378     int ret;
 379
 380     if (frame) {
 381         ret = submit_frame(q, frame, &surf);
 382         if (ret < 0) {
 383             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error submitting the frame for encoding.\n");
 384             return ret;
 385         }
 386     }
 387
 388     ret = ff_alloc_packet(pkt, q->packet_size);
 389     if (ret < 0) {
 390         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating the output packet\n");
 391         return ret;
 392     }
 393     bs.Data      = pkt->data;
 394     bs.MaxLength = pkt->size;
 395
 396     do {
 397         ret = MFXVideoENCODE_EncodeFrameAsync(q->session, NULL, surf, &bs, &sync);
 398         if (ret == MFX_WRN_DEVICE_BUSY)
 399             av_usleep(1);
 400     } while (ret > 0);
 401
 402     if (ret < 0)
 403         return (ret == MFX_ERR_MORE_DATA) ? 0 : ff_qsv_error(ret);
 404
 405     if (ret == MFX_WRN_INCOMPATIBLE_VIDEO_PARAM && frame->interlaced_frame)
 406         print_interlace_msg(avctx, q);
 407
 408     if (sync) {
 409         MFXVideoCORE_SyncOperation(q->session, sync, 60000);
 410
 411         if (bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_I || bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_xI)
 412             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 413         else if (bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_P || bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_xP)
 414             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
 415         else if (bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_B || bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_xB)
 416             avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
 417
 418         pkt->dts  = av_rescale_q(bs.DecodeTimeStamp, (AVRational){1, 90000}, avctx->time_base);
 419         pkt->pts  = av_rescale_q(bs.TimeStamp,       (AVRational){1, 90000}, avctx->time_base);
 420         pkt->size = bs.DataLength;
 421
 422         if (bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_IDR ||
 423             bs.FrameType & MFX_FRAMETYPE_xIDR)
 424             pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
 425
 426         *got_packet = 1;
 427     }
 428
 429     return 0;
 430 }
 431
 432 int ff_qsv_enc_close(AVCodecContext *avctx, QSVEncContext *q)
 433 {
 434     QSVFrame *cur;
 435
 436     MFXVideoENCODE_Close(q->session);
 437     if (q->internal_session)
 438         MFXClose(q->internal_session);
 439     q->session          = NULL;
 440     q->internal_session = NULL;
 441
 442     cur = q->work_frames;
 443     while (cur) {
 444         q->work_frames = cur->next;
 445         av_frame_free(&cur->frame);
 446         av_freep(&cur);
 447         cur = q->work_frames;
 448     }
 449
 450     av_frame_free(&avctx->coded_frame);
 451
 452     return 0;
 453 }