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

   1 /*
   2  * VC3/DNxHD encoder
   3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
   4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
   5  *
   6  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
   7  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
   8  *
   9  * This file is part of Libav.
  10  *
  11  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  13  * License as published by the Free Software Foundation; either
  14  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  15  *
  16  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  19  * Lesser General Public License for more details.
  20  *
  21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  22  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  23  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  24  */
  25
  26 //#define 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 "mpegvideo.h"
  33 #include "mpegvideo_common.h"
  34 #include "dnxhdenc.h"
  35
  36 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
  37 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
  38
  39 static const AVOption options[]={
  40     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 0}, 0, 1, VE},
  41 {NULL}
  42 };
  43 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
  44
  45 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
  46
  47 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
  48 {
  49     int i;
  50     for (i = 0; i < 4; i++) {
  51         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
  52         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
  53         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
  54         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
  55         pixels += line_size;
  56         block += 8;
  57     }
  58     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
  59     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
  60     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
  61     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
  62 }
  63
  64 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
  65 {
  66     int i;
  67
  68     block += 32;
  69
  70     for (i = 0; i < 4; i++) {
  71         memcpy(block + i     * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
  72         memcpy(block - (i+1) * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
  73     }
  74 }
  75
  76 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, DCTELEM *block,
  77                                     int n, int qscale, int *overflow)
  78 {
  79     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
  80     const int *qmat = ctx->q_intra_matrix[qscale];
  81     int last_non_zero = 0;
  82     int i;
  83
  84     ctx->dsp.fdct(block);
  85
  86     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
  87     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
  88
  89     for (i = 1; i < 64; ++i) {
  90         int j = scantable[i];
  91         int sign = block[j] >> 31;
  92         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
  93         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
  94         block[j] = (level ^ sign) - sign;
  95         if (level)
  96             last_non_zero = i;
  97     }
  98
  99     return last_non_zero;
 100 }
 101
 102 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
 103 {
 104     int i, j, level, run;
 105     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
 106
 107     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
 108     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
 109     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
 110     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
 111
 112     ctx->vlc_codes += max_level*2;
 113     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
 114     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
 115         for (run = 0; run < 2; run++) {
 116             int index = (level<<1)|run;
 117             int sign, offset = 0, alevel = level;
 118
 119             MASK_ABS(sign, alevel);
 120             if (alevel > 64) {
 121                 offset = (alevel-1)>>6;
 122                 alevel -= offset<<6;
 123             }
 124             for (j = 0; j < 257; j++) {
 125                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
 126                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
 127                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
 128                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
 129                     if (alevel) {
 130                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
 131                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
 132                     } else {
 133                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
 134                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
 135                     }
 136                     break;
 137                 }
 138             }
 139             assert(!alevel || j < 257);
 140             if (offset) {
 141                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
 142                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
 143             }
 144         }
 145     }
 146     for (i = 0; i < 62; i++) {
 147         int run = ctx->cid_table->run[i];
 148         assert(run < 63);
 149         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
 150         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
 151     }
 152     return 0;
 153  fail:
 154     return -1;
 155 }
 156
 157 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
 158 {
 159     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
 160     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
 161     int qscale, i;
 162     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
 163     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
 164
 165     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
 166     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
 167     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
 168     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
 169
 170     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
 171         for (i = 1; i < 64; i++) {
 172             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 173             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
 174         }
 175         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
 176                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
 177         for (i = 1; i < 64; i++) {
 178             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 179             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
 180         }
 181         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
 182                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
 183
 184         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 185             for (i = 0; i < 64; i++) {
 186                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
 187                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
 188                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
 189             }
 190         }
 191     } else {
 192         // 10-bit
 193         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 194             for (i = 1; i < 64; i++) {
 195                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 196
 197                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
 198                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
 199                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
 200                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
 201                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
 202                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
 203                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
 204                 // For 10-bit samples, p / s == 2
 205                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
 206                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
 207             }
 208         }
 209     }
 210
 211     return 0;
 212  fail:
 213     return -1;
 214 }
 215
 216 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
 217 {
 218     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
 219     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
 220         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
 221
 222     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
 223     ctx->qscale = 1;
 224     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
 225     return 0;
 226  fail:
 227     return -1;
 228 }
 229
 230 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 231 {
 232     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 233     int i, index, bit_depth;
 234
 235     switch (avctx->pix_fmt) {
 236     case PIX_FMT_YUV422P:
 237         bit_depth = 8;
 238         break;
 239     case PIX_FMT_YUV422P10:
 240         bit_depth = 10;
 241         break;
 242     default:
 243         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
 244         return -1;
 245     }
 246
 247     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
 248     if (!ctx->cid) {
 249         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
 250         return -1;
 251     }
 252     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
 253
 254     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
 255     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
 256
 257     ctx->m.avctx = avctx;
 258     ctx->m.mb_intra = 1;
 259     ctx->m.h263_aic = 1;
 260
 261     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
 262
 263     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
 264     ff_dct_common_init(&ctx->m);
 265     if (!ctx->m.dct_quantize)
 266         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
 267
 268     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
 269        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
 270        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
 271        ctx->block_width_l2 = 4;
 272     } else {
 273        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
 274        ctx->block_width_l2 = 3;
 275     }
 276
 277 #if HAVE_MMX
 278     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
 279 #endif
 280
 281     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
 282     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
 283
 284     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 285         ctx->interlaced = 1;
 286         ctx->m.mb_height /= 2;
 287     }
 288
 289     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
 290
 291     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
 292         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
 293     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
 294         return -1;
 295
 296     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
 297     if (ctx->nitris_compat)
 298         ctx->min_padding = 1600;
 299
 300     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
 301         return -1;
 302     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
 303         return -1;
 304
 305     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
 306     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
 307     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
 308     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
 309
 310     ctx->frame.key_frame = 1;
 311     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 312     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
 313
 314     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
 315         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
 316         return -1;
 317     }
 318
 319     ctx->thread[0] = ctx;
 320     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
 321         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
 322         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
 323     }
 324
 325     return 0;
 326  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
 327     return -1;
 328 }
 329
 330 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
 331 {
 332     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 333     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
 334
 335     memset(buf, 0, 640);
 336
 337     memcpy(buf, header_prefix, 5);
 338     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
 339     buf[6] = 0x80; // crc flag off
 340     buf[7] = 0xa0; // reserved
 341     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
 342     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
 343     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
 344
 345     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
 346     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
 347     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
 348     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
 349
 350     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
 351
 352     buf[0x167] = 0x02; // reserved
 353     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
 354     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
 355     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
 356
 357     ctx->msip = buf + 0x170;
 358     return 0;
 359 }
 360
 361 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
 362 {
 363     int nbits;
 364     if (diff < 0) {
 365         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
 366         diff--;
 367     } else {
 368         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
 369     }
 370     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
 371              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
 372 }
 373
 374 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
 375 {
 376     int last_non_zero = 0;
 377     int slevel, i, j;
 378
 379     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
 380     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 381
 382     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 383         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 384         slevel = block[j];
 385         if (slevel) {
 386             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 387             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
 388             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
 389             if (run_level)
 390                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
 391             last_non_zero = i;
 392         }
 393     }
 394     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
 395 }
 396
 397 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
 398 {
 399     const uint8_t *weight_matrix;
 400     int level;
 401     int i;
 402
 403     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
 404
 405     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 406         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 407         level = block[j];
 408         if (level) {
 409             if (level < 0) {
 410                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
 411                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
 412                     if (weight_matrix[i] != 8)
 413                         level += 8;
 414                     level >>= 4;
 415                 } else {
 416                     if (weight_matrix[i] != 32)
 417                         level += 32;
 418                     level >>= 6;
 419                 }
 420                 level = -level;
 421             } else {
 422                 level = (2*level+1) * 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             }
 433             block[j] = level;
 434         }
 435     }
 436 }
 437
 438 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
 439 {
 440     int score = 0;
 441     int i;
 442     for (i = 0; i < 64; i++)
 443         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
 444     return score;
 445 }
 446
 447 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
 448 {
 449     int last_non_zero = 0;
 450     int bits = 0;
 451     int i, j, level;
 452     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 453         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 454         level = block[j];
 455         if (level) {
 456             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 457             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
 458             last_non_zero = i;
 459         }
 460     }
 461     return bits;
 462 }
 463
 464 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
 465 {
 466     const int bs = ctx->block_width_l2;
 467     const int bw = 1 << bs;
 468     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
 469     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
 470     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
 471     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
 472
 473     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
 474     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
 475     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
 476     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
 477
 478     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
 479         if (ctx->interlaced) {
 480             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
 481             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
 482             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
 483             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
 484         } else {
 485             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
 486             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
 487             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
 488             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
 489         }
 490     } else {
 491         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
 492         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
 493         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
 494         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
 495     }
 496 }
 497
 498 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
 499 {
 500     if (i&2) {
 501         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
 502         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
 503         return 1 + (i&1);
 504     } else {
 505         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
 506         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
 507         return 0;
 508     }
 509 }
 510
 511 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
 512 {
 513     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 514     int mb_y = jobnr, mb_x;
 515     int qscale = ctx->qscale;
 516     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
 517     ctx = ctx->thread[threadnr];
 518
 519     ctx->m.last_dc[0] =
 520     ctx->m.last_dc[1] =
 521     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
 522
 523     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 524         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 525         int ssd     = 0;
 526         int ac_bits = 0;
 527         int dc_bits = 0;
 528         int i;
 529
 530         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 531
 532         for (i = 0; i < 8; i++) {
 533             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
 534             int overflow, nbits, diff, last_index;
 535             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 536
 537             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
 538             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
 539             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
 540
 541             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
 542             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
 543             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
 544
 545             assert(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
 546             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
 547
 548             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 549
 550             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
 551                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
 552                 ctx->m.dsp.idct(block);
 553                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
 554             }
 555         }
 556         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
 557         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
 558     }
 559     return 0;
 560 }
 561
 562 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
 563 {
 564     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 565     int mb_y = jobnr, mb_x;
 566     ctx = ctx->thread[threadnr];
 567     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
 568
 569     ctx->m.last_dc[0] =
 570     ctx->m.last_dc[1] =
 571     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
 572     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 573         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 574         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
 575         int i;
 576
 577         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
 578
 579         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 580
 581         for (i = 0; i < 8; i++) {
 582             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
 583             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 584             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i,
 585                                                  qscale, &overflow);
 586             //START_TIMER;
 587             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
 588             //STOP_TIMER("encode_block");
 589         }
 590     }
 591     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
 592         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
 593     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
 594     return 0;
 595 }
 596
 597 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
 598 {
 599     int mb_y, mb_x;
 600     int offset = 0;
 601     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
 602         int thread_size;
 603         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
 604         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
 605         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 606             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 607             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
 608         }
 609         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
 610         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
 611         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
 612         offset += thread_size;
 613     }
 614 }
 615
 616 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
 617 {
 618     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 619     int mb_y = jobnr, mb_x;
 620     ctx = ctx->thread[threadnr];
 621     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
 622         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
 623         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
 624             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 625             int sum = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
 626             int varc = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)sum*sum)>>8)+128)>>8;
 627             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
 628             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 629         }
 630     } else { // 10-bit
 631         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
 632         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
 633             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
 634             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 635             int sum = 0;
 636             int sqsum = 0;
 637             int mean, sqmean;
 638             int i, j;
 639             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
 640             for (i = 0; i < 16; ++i) {
 641                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
 642                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
 643                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
 644                     sum += sample;
 645                     sqsum += sample * sample;
 646                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
 647                 }
 648                 pix += linesize;
 649             }
 650             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
 651             sqmean = sqsum >> 8;
 652             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
 653             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 654         }
 655     }
 656     return 0;
 657 }
 658
 659 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
 660 {
 661     int lambda, up_step, down_step;
 662     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
 663     int x, y, q;
 664
 665     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
 666         ctx->qscale = q;
 667         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
 668     }
 669     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 670     lambda = ctx->lambda;
 671
 672     for (;;) {
 673         int bits = 0;
 674         int end = 0;
 675         if (lambda == last_higher) {
 676             lambda++;
 677             end = 1; // need to set final qscales/bits
 678         }
 679         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 680             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
 681                 unsigned min = UINT_MAX;
 682                 int qscale = 1;
 683                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
 684                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
 685                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
 686                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
 687                     if (score < min) {
 688                         min = score;
 689                         qscale = q;
 690                     }
 691                 }
 692                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
 693                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
 694                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
 695             }
 696             bits = (bits+31)&~31; // padding
 697             if (bits > ctx->frame_bits)
 698                 break;
 699         }
 700         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
 701         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
 702         if (end) {
 703             if (bits > ctx->frame_bits)
 704                 return -1;
 705             break;
 706         }
 707         if (bits < ctx->frame_bits) {
 708             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
 709             if (last_higher != 0)
 710                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
 711             else
 712                 lambda -= down_step;
 713             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
 714             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 715             lambda = FFMAX(1, lambda);
 716             if (lambda == last_lower)
 717                 break;
 718         } else {
 719             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
 720             if (last_lower != INT_MAX)
 721                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
 722             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
 723                 return -1;
 724             else
 725                 lambda += up_step;
 726             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
 727             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 728         }
 729     }
 730     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
 731     ctx->lambda = lambda;
 732     return 0;
 733 }
 734
 735 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
 736 {
 737     int bits = 0;
 738     int up_step = 1;
 739     int down_step = 1;
 740     int last_higher = 0;
 741     int last_lower = INT_MAX;
 742     int qscale;
 743     int x, y;
 744
 745     qscale = ctx->qscale;
 746     for (;;) {
 747         bits = 0;
 748         ctx->qscale = qscale;
 749         // XXX avoid recalculating bits
 750         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
 751         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 752             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
 753                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
 754             bits = (bits+31)&~31; // padding
 755             if (bits > ctx->frame_bits)
 756                 break;
 757         }
 758         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
 759         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
 760         if (bits < ctx->frame_bits) {
 761             if (qscale == 1)
 762                 return 1;
 763             if (last_higher == qscale - 1) {
 764                 qscale = last_higher;
 765                 break;
 766             }
 767             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
 768             if (last_higher != 0)
 769                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
 770             else
 771                 qscale -= down_step++;
 772             if (qscale < 1)
 773                 qscale = 1;
 774             up_step = 1;
 775         } else {
 776             if (last_lower == qscale + 1)
 777                 break;
 778             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
 779             if (last_lower != INT_MAX)
 780                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
 781             else
 782                 qscale += up_step++;
 783             down_step = 1;
 784             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
 785                 return -1;
 786         }
 787     }
 788     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
 789     ctx->qscale = qscale;
 790     return 0;
 791 }
 792
 793 #define BUCKET_BITS 8
 794 #define RADIX_PASSES 4
 795 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
 796
 797 static inline int get_bucket(int value, int shift)
 798 {
 799     value >>= shift;
 800     value &= NBUCKETS - 1;
 801     return NBUCKETS - 1 - value;
 802 }
 803
 804 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
 805 {
 806     int i, j;
 807     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
 808     for (i = 0; i < size; i++) {
 809         int v = data[i].value;
 810         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
 811             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
 812             v >>= BUCKET_BITS;
 813         }
 814         assert(!v);
 815     }
 816     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
 817         int offset = size;
 818         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
 819             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
 820         assert(!buckets[j][0]);
 821     }
 822 }
 823
 824 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
 825 {
 826     int shift = pass * BUCKET_BITS;
 827     int i;
 828     for (i = 0; i < size; i++) {
 829         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
 830         int pos = buckets[v]++;
 831         dst[pos] = data[i];
 832     }
 833 }
 834
 835 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
 836 {
 837     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
 838     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
 839     radix_count(data, size, buckets);
 840     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
 841     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
 842     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
 843         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
 844         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
 845     }
 846     av_free(tmp);
 847 }
 848
 849 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
 850 {
 851     int max_bits = 0;
 852     int ret, x, y;
 853     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
 854         return -1;
 855     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 856         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
 857             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
 858             int delta_bits;
 859             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
 860             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
 861             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
 862             if (!RC_VARIANCE) {
 863                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 864                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 865                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
 866                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
 867                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
 868             }
 869         }
 870         max_bits += 31; //worst padding
 871     }
 872     if (!ret) {
 873         if (RC_VARIANCE)
 874             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
 875         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
 876         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
 877             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
 878             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 879             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
 880             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 881         }
 882     }
 883     return 0;
 884 }
 885
 886 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
 887 {
 888     int i;
 889
 890     for (i = 0; i < 3; i++) {
 891         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
 892         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
 893     }
 894
 895     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
 896         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
 897         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
 898         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
 899         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
 900     }
 901
 902     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
 903     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
 904 }
 905
 906 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
 907 {
 908     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 909     int first_field = 1;
 910     int offset, i, ret;
 911
 912     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
 913         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
 914         return -1;
 915     }
 916
 917     dnxhd_load_picture(ctx, data);
 918
 919  encode_coding_unit:
 920     for (i = 0; i < 3; i++) {
 921         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
 922         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
 923             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
 924     }
 925
 926     dnxhd_write_header(avctx, buf);
 927
 928     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
 929         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
 930     else
 931         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
 932     if (ret < 0) {
 933         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 934                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
 935         return -1;
 936     }
 937
 938     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
 939
 940     offset = 0;
 941     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
 942         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
 943         offset += ctx->slice_size[i];
 944         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
 945     }
 946
 947     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
 948
 949     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
 950     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
 951
 952     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
 953
 954     if (ctx->interlaced && first_field) {
 955         first_field     = 0;
 956         ctx->cur_field ^= 1;
 957         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
 958         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
 959         goto encode_coding_unit;
 960     }
 961
 962     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
 963
 964     return ctx->cid_table->frame_size;
 965 }
 966
 967 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 968 {
 969     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 970     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
 971     int i;
 972
 973     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
 974     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
 975     av_freep(&ctx->run_codes);
 976     av_freep(&ctx->run_bits);
 977
 978     av_freep(&ctx->mb_bits);
 979     av_freep(&ctx->mb_qscale);
 980     av_freep(&ctx->mb_rc);
 981     av_freep(&ctx->mb_cmp);
 982     av_freep(&ctx->slice_size);
 983     av_freep(&ctx->slice_offs);
 984
 985     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
 986     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
 987     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
 988     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
 989
 990     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
 991         av_freep(&ctx->thread[i]);
 992
 993     return 0;
 994 }
 995
 996 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
 997     .name           = "dnxhd",
 998     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 999     .id             = CODEC_ID_DNXHD,
1000     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1001     .init           = dnxhd_encode_init,
1002     .encode         = dnxhd_encode_picture,
1003     .close          = dnxhd_encode_end,
1004     .capabilities = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1005     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_YUV422P10, PIX_FMT_NONE},
1006     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1007     .priv_class = &class,
1008 };