]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/dnxhdenc.c
g723_1dec: remove unneeded cliping that leaked in from merge from libav
[ffmpeg] / 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 DEBUG
27 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
28
29 #include "libavutil/opt.h"
30 #include "avcodec.h"
31 #include "dsputil.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "mpegvideo.h"
34 #include "dnxhdenc.h"
35 #include "internal.h"
36
37 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
38 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
39
40 static const AVOption options[]={
41     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 0}, 0, 1, VE},
42 {NULL}
43 };
44
45 static const AVClass class = {
46     .class_name = "dnxhd",
47     .item_name  = av_default_item_name,
48     .option     = options,
49     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
50 };
51
52 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
53
54 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
55 {
56     int i;
57     for (i = 0; i < 4; i++) {
58         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
59         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
60         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
61         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
62         pixels += line_size;
63         block += 8;
64     }
65     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
66     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
67     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
68     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
69 }
70
71 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
72 {
73     int i;
74
75     block += 32;
76
77     for (i = 0; i < 4; i++) {
78         memcpy(block + i     * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
79         memcpy(block - (i+1) * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
80     }
81 }
82
83 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, DCTELEM *block,
84                                     int n, int qscale, int *overflow)
85 {
86     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
87     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
88     int last_non_zero = 0;
89     int i;
90
91     ctx->dsp.fdct(block);
92
93     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
94     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
95
96     for (i = 1; i < 64; ++i) {
97         int j = scantable[i];
98         int sign = block[j] >> 31;
99         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
100         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
101         block[j] = (level ^ sign) - sign;
102         if (level)
103             last_non_zero = i;
104     }
105
106     return last_non_zero;
107 }
108
109 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
110 {
111     int i, j, level, run;
112     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
113
114     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
115     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
116     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
117     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
118
119     ctx->vlc_codes += max_level*2;
120     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
121     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
122         for (run = 0; run < 2; run++) {
123             int index = (level<<1)|run;
124             int sign, offset = 0, alevel = level;
125
126             MASK_ABS(sign, alevel);
127             if (alevel > 64) {
128                 offset = (alevel-1)>>6;
129                 alevel -= offset<<6;
130             }
131             for (j = 0; j < 257; j++) {
132                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] >> 1 == alevel &&
133                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 1) && offset) &&
134                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 2) && run)) {
135                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
136                     if (alevel) {
137                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
138                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
139                     } else {
140                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
141                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
142                     }
143                     break;
144                 }
145             }
146             av_assert0(!alevel || j < 257);
147             if (offset) {
148                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
149                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
150             }
151         }
152     }
153     for (i = 0; i < 62; i++) {
154         int run = ctx->cid_table->run[i];
155         av_assert0(run < 63);
156         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
157         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
158     }
159     return 0;
160  fail:
161     return -1;
162 }
163
164 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
165 {
166     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
167     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
168     int qscale, i;
169     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
170     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
171
172     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
173     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
174     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
175     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
176
177     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
178         for (i = 1; i < 64; i++) {
179             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
180             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
181         }
182         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
183                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
184         for (i = 1; i < 64; i++) {
185             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
186             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
187         }
188         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
189                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
190
191         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
192             for (i = 0; i < 64; i++) {
193                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
194                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
195                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
196             }
197         }
198     } else {
199         // 10-bit
200         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
201             for (i = 1; i < 64; i++) {
202                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
203
204                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
205                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
206                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
207                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
208                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
209                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
210                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
211                 // For 10-bit samples, p / s == 2
212                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
213                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
214             }
215         }
216     }
217
218     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
219     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
220     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
221     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
222
223     return 0;
224  fail:
225     return -1;
226 }
227
228 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
229 {
230     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
231     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
232         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
233
234     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
235     ctx->qscale = 1;
236     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
237     return 0;
238  fail:
239     return -1;
240 }
241
242 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
243 {
244     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
245     int i, index, bit_depth;
246
247     switch (avctx->pix_fmt) {
248     case PIX_FMT_YUV422P:
249         bit_depth = 8;
250         break;
251     case PIX_FMT_YUV422P10:
252         bit_depth = 10;
253         break;
254     default:
255         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
256         return -1;
257     }
258
259     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
260     if (!ctx->cid) {
261         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
262         return -1;
263     }
264     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
265
266     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
267     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
268
269     ctx->m.avctx = avctx;
270     ctx->m.mb_intra = 1;
271     ctx->m.h263_aic = 1;
272
273     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
274
275     ff_dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
276     ff_dct_common_init(&ctx->m);
277     if (!ctx->m.dct_quantize)
278         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
279
280     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
281        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
282        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
283        ctx->block_width_l2 = 4;
284     } else {
285        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
286        ctx->block_width_l2 = 3;
287     }
288
289 #if HAVE_MMX
290     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
291 #endif
292
293     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
294     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
295
296     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
297         ctx->interlaced = 1;
298         ctx->m.mb_height /= 2;
299     }
300
301     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
302
303     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
304         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
305     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
306         return -1;
307
308     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
309     if (ctx->nitris_compat)
310         ctx->min_padding = 1600;
311
312     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
313         return -1;
314     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
315         return -1;
316
317     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
318     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
319     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
320     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
321
322     ctx->frame.key_frame = 1;
323     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
324     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
325
326     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
327         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
328         return -1;
329     }
330
331     ctx->thread[0] = ctx;
332     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
333         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
334         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
335     }
336
337     return 0;
338  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
339     return -1;
340 }
341
342 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
343 {
344     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
345     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
346
347     memset(buf, 0, 640);
348
349     memcpy(buf, header_prefix, 5);
350     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
351     buf[6] = 0x80; // crc flag off
352     buf[7] = 0xa0; // reserved
353     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
354     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
355     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
356
357     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
358     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
359     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
360     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
361
362     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
363
364     buf[0x167] = 0x02; // reserved
365     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
366     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
367     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
368
369     ctx->msip = buf + 0x170;
370     return 0;
371 }
372
373 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
374 {
375     int nbits;
376     if (diff < 0) {
377         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
378         diff--;
379     } else {
380         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
381     }
382     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
383              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
384 }
385
386 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
387 {
388     int last_non_zero = 0;
389     int slevel, i, j;
390
391     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
392     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
393
394     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
395         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
396         slevel = block[j];
397         if (slevel) {
398             int run_level = i - last_non_zero - 1;
399             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
400             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
401             if (run_level)
402                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
403             last_non_zero = i;
404         }
405     }
406     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
407 }
408
409 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
410 {
411     const uint8_t *weight_matrix;
412     int level;
413     int i;
414
415     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
416
417     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
418         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
419         level = block[j];
420         if (level) {
421             if (level < 0) {
422                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
423                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
424                     if (weight_matrix[i] != 8)
425                         level += 8;
426                     level >>= 4;
427                 } else {
428                     if (weight_matrix[i] != 32)
429                         level += 32;
430                     level >>= 6;
431                 }
432                 level = -level;
433             } else {
434                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
435                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
436                     if (weight_matrix[i] != 8)
437                         level += 8;
438                     level >>= 4;
439                 } else {
440                     if (weight_matrix[i] != 32)
441                         level += 32;
442                     level >>= 6;
443                 }
444             }
445             block[j] = level;
446         }
447     }
448 }
449
450 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
451 {
452     int score = 0;
453     int i;
454     for (i = 0; i < 64; i++)
455         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
456     return score;
457 }
458
459 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
460 {
461     int last_non_zero = 0;
462     int bits = 0;
463     int i, j, level;
464     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
465         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
466         level = block[j];
467         if (level) {
468             int run_level = i - last_non_zero - 1;
469             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
470             last_non_zero = i;
471         }
472     }
473     return bits;
474 }
475
476 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
477 {
478     const int bs = ctx->block_width_l2;
479     const int bw = 1 << bs;
480     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
481     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
482     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
483     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
484
485     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
486     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
487     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
488     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
489
490     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
491         if (ctx->interlaced) {
492             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
493             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
494             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
495             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
496         } else {
497             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
498             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
499             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
500             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
501         }
502     } else {
503         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
504         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
505         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
506         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
507     }
508 }
509
510 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
511 {
512     const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
513     return component[i];
514 }
515
516 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
517 {
518     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
519     int mb_y = jobnr, mb_x;
520     int qscale = ctx->qscale;
521     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
522     ctx = ctx->thread[threadnr];
523
524     ctx->m.last_dc[0] =
525     ctx->m.last_dc[1] =
526     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
527
528     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
529         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
530         int ssd     = 0;
531         int ac_bits = 0;
532         int dc_bits = 0;
533         int i;
534
535         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
536
537         for (i = 0; i < 8; i++) {
538             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
539             int overflow, nbits, diff, last_index;
540             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
541
542             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
543             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
544             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
545
546             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
547             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
548             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
549
550             av_assert1(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
551             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
552
553             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
554
555             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
556                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
557                 ctx->m.dsp.idct(block);
558                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
559             }
560         }
561         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
562         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
563     }
564     return 0;
565 }
566
567 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
568 {
569     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
570     int mb_y = jobnr, mb_x;
571     ctx = ctx->thread[threadnr];
572     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
573
574     ctx->m.last_dc[0] =
575     ctx->m.last_dc[1] =
576     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
577     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
578         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
579         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
580         int i;
581
582         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
583
584         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
585
586         for (i = 0; i < 8; i++) {
587             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
588             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
589             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), 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;
624     ctx = ctx->thread[threadnr];
625     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
626         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
627         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
628             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
629             int sum = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
630             int varc = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)sum*sum)>>8)+128)>>8;
631             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
632             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
633         }
634     } else { // 10-bit
635         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
636         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
637             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
638             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
639             int sum = 0;
640             int sqsum = 0;
641             int mean, sqmean;
642             int i, j;
643             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
644             for (i = 0; i < 16; ++i) {
645                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
646                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
647                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
648                     sum += sample;
649                     sqsum += sample * sample;
650                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
651                 }
652                 pix += linesize;
653             }
654             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
655             sqmean = sqsum >> 8;
656             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
657             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
658         }
659     }
660     return 0;
661 }
662
663 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
664 {
665     int lambda, up_step, down_step;
666     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
667     int x, y, q;
668
669     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
670         ctx->qscale = q;
671         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
672     }
673     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
674     lambda = ctx->lambda;
675
676     for (;;) {
677         int bits = 0;
678         int end = 0;
679         if (lambda == last_higher) {
680             lambda++;
681             end = 1; // need to set final qscales/bits
682         }
683         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
684             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
685                 unsigned min = UINT_MAX;
686                 int qscale = 1;
687                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
688                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
689                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
690                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
691                     if (score < min) {
692                         min = score;
693                         qscale = q;
694                     }
695                 }
696                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
697                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
698                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
699             }
700             bits = (bits+31)&~31; // padding
701             if (bits > ctx->frame_bits)
702                 break;
703         }
704         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
705         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
706         if (end) {
707             if (bits > ctx->frame_bits)
708                 return -1;
709             break;
710         }
711         if (bits < ctx->frame_bits) {
712             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
713             if (last_higher != 0)
714                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
715             else
716                 lambda -= down_step;
717             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
718             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
719             lambda = FFMAX(1, lambda);
720             if (lambda == last_lower)
721                 break;
722         } else {
723             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
724             if (last_lower != INT_MAX)
725                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
726             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
727                 return -1;
728             else
729                 lambda += up_step;
730             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
731             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
732         }
733     }
734     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
735     ctx->lambda = lambda;
736     return 0;
737 }
738
739 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
740 {
741     int bits = 0;
742     int up_step = 1;
743     int down_step = 1;
744     int last_higher = 0;
745     int last_lower = INT_MAX;
746     int qscale;
747     int x, y;
748
749     qscale = ctx->qscale;
750     for (;;) {
751         bits = 0;
752         ctx->qscale = qscale;
753         // XXX avoid recalculating bits
754         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
755         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
756             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
757                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
758             bits = (bits+31)&~31; // padding
759             if (bits > ctx->frame_bits)
760                 break;
761         }
762         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
763         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
764         if (bits < ctx->frame_bits) {
765             if (qscale == 1)
766                 return 1;
767             if (last_higher == qscale - 1) {
768                 qscale = last_higher;
769                 break;
770             }
771             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
772             if (last_higher != 0)
773                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
774             else
775                 qscale -= down_step++;
776             if (qscale < 1)
777                 qscale = 1;
778             up_step = 1;
779         } else {
780             if (last_lower == qscale + 1)
781                 break;
782             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
783             if (last_lower != INT_MAX)
784                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
785             else
786                 qscale += up_step++;
787             down_step = 1;
788             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
789                 return -1;
790         }
791     }
792     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
793     ctx->qscale = qscale;
794     return 0;
795 }
796
797 #define BUCKET_BITS 8
798 #define RADIX_PASSES 4
799 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
800
801 static inline int get_bucket(int value, int shift)
802 {
803     value >>= shift;
804     value &= NBUCKETS - 1;
805     return NBUCKETS - 1 - value;
806 }
807
808 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
809 {
810     int i, j;
811     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
812     for (i = 0; i < size; i++) {
813         int v = data[i].value;
814         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
815             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
816             v >>= BUCKET_BITS;
817         }
818         av_assert1(!v);
819     }
820     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
821         int offset = size;
822         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
823             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
824         av_assert1(!buckets[j][0]);
825     }
826 }
827
828 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
829 {
830     int shift = pass * BUCKET_BITS;
831     int i;
832     for (i = 0; i < size; i++) {
833         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
834         int pos = buckets[v]++;
835         dst[pos] = data[i];
836     }
837 }
838
839 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
840 {
841     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
842     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
843     radix_count(data, size, buckets);
844     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
845     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
846     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
847         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
848         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
849     }
850     av_free(tmp);
851 }
852
853 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
854 {
855     int max_bits = 0;
856     int ret, x, y;
857     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
858         return -1;
859     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
860         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
861             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
862             int delta_bits;
863             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
864             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
865             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
866             if (!RC_VARIANCE) {
867                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
868                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
869                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
870                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
871                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
872             }
873         }
874         max_bits += 31; //worst padding
875     }
876     if (!ret) {
877         if (RC_VARIANCE)
878             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
879         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
880         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
881             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
882             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
883             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
884             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
885         }
886     }
887     return 0;
888 }
889
890 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
891 {
892     int i;
893
894     for (i = 0; i < 3; i++) {
895         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
896         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
897     }
898
899     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
900         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
901         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
902         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
903         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
904     }
905
906     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
907     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
908 }
909
910 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
911                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
912 {
913     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
914     int first_field = 1;
915     int offset, i, ret;
916     uint8_t *buf;
917
918     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0)
919         return ret;
920     buf = pkt->data;
921
922     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
923
924  encode_coding_unit:
925     for (i = 0; i < 3; i++) {
926         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
927         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
928             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
929     }
930
931     dnxhd_write_header(avctx, buf);
932
933     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
934         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
935     else
936         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
937     if (ret < 0) {
938         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
939                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
940         return -1;
941     }
942
943     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
944
945     offset = 0;
946     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
947         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
948         offset += ctx->slice_size[i];
949         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
950     }
951
952     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
953
954     av_assert1(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
955     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
956
957     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
958
959     if (ctx->interlaced && first_field) {
960         first_field     = 0;
961         ctx->cur_field ^= 1;
962         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
963         goto encode_coding_unit;
964     }
965
966     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
967
968     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
969     *got_packet = 1;
970     return 0;
971 }
972
973 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
974 {
975     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
976     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
977     int i;
978
979     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
980     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
981     av_freep(&ctx->run_codes);
982     av_freep(&ctx->run_bits);
983
984     av_freep(&ctx->mb_bits);
985     av_freep(&ctx->mb_qscale);
986     av_freep(&ctx->mb_rc);
987     av_freep(&ctx->mb_cmp);
988     av_freep(&ctx->slice_size);
989     av_freep(&ctx->slice_offs);
990
991     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
992     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
993     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
994     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
995
996     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
997         av_freep(&ctx->thread[i]);
998
999     return 0;
1000 }
1001
1002 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1003     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1004     { NULL },
1005 };
1006
1007 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1008     .name           = "dnxhd",
1009     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1010     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1011     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1012     .init           = dnxhd_encode_init,
1013     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1014     .close          = dnxhd_encode_end,
1015     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1016     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]){ PIX_FMT_YUV422P,
1017                                                   PIX_FMT_YUV422P10,
1018                                                   PIX_FMT_NONE },
1019     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1020     .priv_class     = &class,
1021     .defaults       = dnxhd_defaults,
1022 };