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  *
   5  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 //#define DEBUG
  25 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
  26
  27 #include "avcodec.h"
  28 #include "dsputil.h"
  29 #include "mpegvideo.h"
  30 #include "dnxhddata.h"
  31
  32 typedef struct {
  33     uint16_t mb;
  34     int value;
  35 } RCCMPEntry;
  36
  37 typedef struct {
  38     int ssd;
  39     int bits;
  40 } RCEntry;
  41
  42 int dct_quantize_c(MpegEncContext *s, DCTELEM *block, int n, int qscale, int *overflow);
  43
  44 typedef struct DNXHDEncContext {
  45     MpegEncContext m; ///< Used for quantization dsp functions
  46
  47     AVFrame frame;
  48     int cid;
  49     const CIDEntry *cid_table;
  50     uint8_t *msip; ///< Macroblock Scan Indices Payload
  51     uint32_t *slice_size;
  52
  53     struct DNXHDEncContext *thread[MAX_THREADS];
  54
  55     unsigned dct_y_offset;
  56     unsigned dct_uv_offset;
  57     int interlaced;
  58     int cur_field;
  59
  60     DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, blocks[8][64]);
  61
  62     int      (*qmatrix_c)     [64];
  63     int      (*qmatrix_l)     [64];
  64     uint16_t (*qmatrix_l16)[2][64];
  65     uint16_t (*qmatrix_c16)[2][64];
  66
  67     unsigned frame_bits;
  68     uint8_t *src[3];
  69
  70     uint16_t *table_vlc_codes;
  71     uint8_t  *table_vlc_bits;
  72     uint16_t *table_run_codes;
  73     uint8_t  *table_run_bits;
  74
  75     /** Rate control */
  76     unsigned slice_bits;
  77     unsigned qscale;
  78     unsigned lambda;
  79
  80     unsigned thread_size;
  81
  82     uint16_t *mb_bits;
  83     uint8_t  *mb_qscale;
  84
  85     RCCMPEntry *mb_cmp;
  86     RCEntry   (*mb_rc)[8160];
  87 } DNXHDEncContext;
  88
  89 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
  90
  91 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
  92 {
  93     int i;
  94
  95     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_vlc_codes, 449*2);
  96     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_vlc_bits,    449);
  97     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_run_codes,  63*2);
  98     CHECKED_ALLOCZ(ctx->table_run_bits,     63);
  99
 100     for (i = 0; i < 257; i++) {
 101         int level = ctx->cid_table->ac_level[i] +
 102             (ctx->cid_table->ac_run_flag[i] << 7) + (ctx->cid_table->ac_index_flag[i] << 8);
 103         assert(level < 449);
 104         if (ctx->cid_table->ac_level[i] == 64 && ctx->cid_table->ac_index_flag[i])
 105             level -= 64; // use 0+(1<<8) level
 106         ctx->table_vlc_codes[level] = ctx->cid_table->ac_codes[i];
 107         ctx->table_vlc_bits [level] = ctx->cid_table->ac_bits[i];
 108     }
 109     for (i = 0; i < 62; i++) {
 110         int run = ctx->cid_table->run[i];
 111         assert(run < 63);
 112         ctx->table_run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
 113         ctx->table_run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
 114     }
 115     return 0;
 116  fail:
 117     return -1;
 118 }
 119
 120 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
 121 {
 122     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
 123     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
 124     int qscale, i;
 125
 126     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
 127     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * sizeof(int));
 128     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
 129     CHECKED_ALLOCZ(ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t));
 130
 131     for (i = 1; i < 64; i++) {
 132         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 133         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
 134     }
 135     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
 136                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
 137     for (i = 1; i < 64; i++) {
 138         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 139         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
 140     }
 141     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
 142                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
 143     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 144         for (i = 0; i < 64; i++) {
 145             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
 146             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
 147             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
 148         }
 149     }
 150     return 0;
 151  fail:
 152     return -1;
 153 }
 154
 155 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
 156 {
 157     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry));
 158     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
 159         CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry));
 160
 161     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4) * 8;
 162     ctx->qscale = 1;
 163     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
 164     return 0;
 165  fail:
 166     return -1;
 167 }
 168
 169 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 170 {
 171     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 172     int i, index;
 173
 174     if (avctx->width == 1920 && avctx->height == 1080) {
 175         if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 176             if      (avctx->bit_rate == 120000000)
 177                 ctx->cid = 1242;
 178             else if (avctx->bit_rate == 185000000)
 179                 ctx->cid = 1243;
 180         } else {
 181             if      (avctx->bit_rate == 120000000)
 182                 ctx->cid = 1237;
 183             else if (avctx->bit_rate == 185000000)
 184                 ctx->cid = 1238;
 185             else if (avctx->bit_rate ==  36000000)
 186                 ctx->cid = 1253;
 187         }
 188     } else if (avctx->width == 1280 && avctx->height == 720 &&
 189                !(avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT)) {
 190             if      (avctx->bit_rate ==  90000000)
 191                 ctx->cid = 1251;
 192             else if (avctx->bit_rate ==  60000000)
 193                 ctx->cid = 1252;
 194     }
 195     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
 196         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
 197         return -1;
 198     }
 199
 200     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
 201     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
 202
 203     ctx->m.avctx = avctx;
 204     ctx->m.mb_intra = 1;
 205     ctx->m.h263_aic = 1;
 206
 207     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
 208     ff_dct_common_init(&ctx->m);
 209     if (!ctx->m.dct_quantize)
 210         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
 211
 212     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
 213     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
 214
 215     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 216         ctx->interlaced = 1;
 217         ctx->m.mb_height /= 2;
 218     }
 219
 220     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
 221
 222     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
 223         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
 224     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
 225         return -1;
 226
 227     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
 228         return -1;
 229     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
 230         return -1;
 231
 232     CHECKED_ALLOCZ(ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t));
 233     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t));
 234     CHECKED_ALLOCZ(ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t));
 235
 236     ctx->frame.key_frame = 1;
 237     ctx->frame.pict_type = FF_I_TYPE;
 238     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
 239
 240     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS || (avctx->thread_count > ctx->m.mb_height)) {
 241         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
 242         return -1;
 243     }
 244
 245     ctx->thread[0] = ctx;
 246     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
 247         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
 248         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
 249     }
 250
 251     for (i = 0; i < avctx->thread_count; i++) {
 252         ctx->thread[i]->m.start_mb_y = (ctx->m.mb_height*(i  ) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
 253         ctx->thread[i]->m.end_mb_y   = (ctx->m.mb_height*(i+1) + avctx->thread_count/2) / avctx->thread_count;
 254     }
 255
 256     return 0;
 257  fail: //for CHECKED_ALLOCZ
 258     return -1;
 259 }
 260
 261 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
 262 {
 263     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 264     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
 265
 266     memcpy(buf, header_prefix, 5);
 267     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
 268     buf[6] = 0x80; // crc flag off
 269     buf[7] = 0xa0; // reserved
 270     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height); // ALPF
 271     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
 272     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height); // NAL
 273
 274     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
 275     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->frame.interlaced_frame<<2);
 276     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
 277     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
 278
 279     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
 280
 281     buf[0x167] = 0x02; // reserved
 282     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
 283     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
 284     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
 285
 286     ctx->msip = buf + 0x170;
 287     return 0;
 288 }
 289
 290 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
 291 {
 292     int nbits;
 293     if (diff < 0) {
 294         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
 295         diff--;
 296     } else {
 297         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
 298     }
 299     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
 300              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
 301 }
 302
 303 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
 304 {
 305     int last_non_zero = 0;
 306     int offset = 0;
 307     int slevel, i, j;
 308
 309     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
 310     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 311
 312     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 313         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 314         slevel = block[j];
 315         if (slevel) {
 316             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 317             int sign;
 318             MASK_ABS(sign, slevel);
 319             if (slevel > 64) {
 320                 offset = (slevel-1) >> 6;
 321                 slevel = 256 | (slevel & 63); // level 64 is treated as 0
 322             }
 323             if (run_level)
 324                 slevel |= 128;
 325             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[slevel]+1, (ctx->table_vlc_codes[slevel]<<1)|(sign&1));
 326             if (offset) {
 327                 put_bits(&ctx->m.pb, 4, offset);
 328                 offset = 0;
 329             }
 330             if (run_level)
 331                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_run_bits[run_level], ctx->table_run_codes[run_level]);
 332             last_non_zero = i;
 333         }
 334     }
 335     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->table_vlc_bits[0], ctx->table_vlc_codes[0]); // EOB
 336 }
 337
 338 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
 339 {
 340     const uint8_t *weight_matrix;
 341     int level;
 342     int i;
 343
 344     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
 345
 346     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 347         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 348         level = block[j];
 349         if (level) {
 350             if (level < 0) {
 351                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
 352                 if (weight_matrix[i] != 32)
 353                     level += 32;
 354                 level >>= 6;
 355                 level = -level;
 356             } else {
 357                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
 358                 if (weight_matrix[i] != 32)
 359                     level += 32;
 360                 level >>= 6;
 361             }
 362             block[j] = level;
 363         }
 364     }
 365 }
 366
 367 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
 368 {
 369     int score = 0;
 370     int i;
 371     for (i = 0; i < 64; i++)
 372         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
 373     return score;
 374 }
 375
 376 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
 377 {
 378     int last_non_zero = 0;
 379     int bits = 0;
 380     int i, j, level;
 381     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 382         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 383         level = block[j];
 384         if (level) {
 385             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 386             level = FFABS(level);
 387             if (level > 64) {
 388                 level = 256 | (level & 63); // level 64 is treated as 0
 389                 bits += 4;
 390             }
 391             level |= (!!run_level)<<7;
 392             bits += ctx->table_vlc_bits[level]+1 + ctx->table_run_bits[run_level];
 393             last_non_zero = i;
 394         }
 395     }
 396     return bits;
 397 }
 398
 399 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_4x8(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
 400 {
 401     int i;
 402     for (i = 0; i < 4; i++) {
 403         block[0] = pixels[0];
 404         block[1] = pixels[1];
 405         block[2] = pixels[2];
 406         block[3] = pixels[3];
 407         block[4] = pixels[4];
 408         block[5] = pixels[5];
 409         block[6] = pixels[6];
 410         block[7] = pixels[7];
 411         pixels += line_size;
 412         block += 8;
 413     }
 414     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
 415     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
 416     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
 417     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
 418 }
 419
 420 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
 421 {
 422     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
 423     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
 424     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
 425     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
 426
 427     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
 428     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
 429     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
 430     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
 431
 432     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
 433         if (ctx->interlaced) {
 434             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
 435             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
 436             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 437             dnxhd_get_pixels_4x8(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 438         } else
 439             memset(ctx->blocks[4], 0, 4*64*sizeof(DCTELEM));
 440     } else {
 441         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
 442         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
 443         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 444         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 445     }
 446 }
 447
 448 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
 449 {
 450     if (i&2) {
 451         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
 452         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
 453         return 1 + (i&1);
 454     } else {
 455         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
 456         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
 457         return 0;
 458     }
 459 }
 460
 461 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
 462 {
 463     DNXHDEncContext *ctx = arg;
 464     int mb_y, mb_x;
 465     int qscale = ctx->thread[0]->qscale;
 466
 467     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
 468         ctx->m.last_dc[0] =
 469         ctx->m.last_dc[1] =
 470         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
 471
 472         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 473             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 474             int ssd     = 0;
 475             int ac_bits = 0;
 476             int dc_bits = 0;
 477             int i;
 478
 479             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 480
 481             for (i = 0; i < 8; i++) {
 482                 DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, block[64]);
 483                 DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
 484                 int overflow, nbits, diff, last_index;
 485                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 486
 487                 memcpy(block, src_block, sizeof(block));
 488                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
 489                 ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
 490
 491                 diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
 492                 if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
 493                 else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
 494                 dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
 495
 496                 ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 497
 498                 if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
 499                     dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
 500                     ctx->m.dsp.idct(block);
 501                     ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
 502                 }
 503             }
 504             ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
 505             ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->table_vlc_bits[0];
 506         }
 507     }
 508     return 0;
 509 }
 510
 511 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
 512 {
 513     DNXHDEncContext *ctx = arg;
 514     int mb_y, mb_x;
 515
 516     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
 517         ctx->m.last_dc[0] =
 518         ctx->m.last_dc[1] =
 519         ctx->m.last_dc[2] = 1024;
 520         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 521             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 522             int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
 523             int i;
 524
 525             put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
 526
 527             dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 528
 529             for (i = 0; i < 8; i++) {
 530                 DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
 531                 int last_index, overflow;
 532                 int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 533                 last_index = ctx->m.dct_quantize((MpegEncContext*)ctx, block, i, qscale, &overflow);
 534                 dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
 535             }
 536         }
 537         if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
 538             put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
 539     }
 540     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
 541     return 0;
 542 }
 543
 544 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx, uint8_t *buf)
 545 {
 546     int mb_y, mb_x;
 547     int i, offset = 0;
 548     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
 549         int thread_size = 0;
 550         for (mb_y = ctx->thread[i]->m.start_mb_y; mb_y < ctx->thread[i]->m.end_mb_y; mb_y++) {
 551             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
 552             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 553                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 554                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
 555             }
 556             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
 557             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
 558             thread_size += ctx->slice_size[mb_y];
 559         }
 560         init_put_bits(&ctx->thread[i]->m.pb, buf + 640 + offset, thread_size);
 561         offset += thread_size;
 562     }
 563 }
 564
 565 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg)
 566 {
 567     DNXHDEncContext *ctx = arg;
 568     int mb_y, mb_x;
 569     for (mb_y = ctx->m.start_mb_y; mb_y < ctx->m.end_mb_y; mb_y++) {
 570         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 571             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 572             uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
 573             int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
 574             int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
 575             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
 576             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 577         }
 578     }
 579     return 0;
 580 }
 581
 582 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
 583 {
 584     int lambda, up_step, down_step;
 585     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
 586     int x, y, q;
 587
 588     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
 589         ctx->qscale = q;
 590         avctx->execute(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
 591     }
 592     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 593     lambda = ctx->lambda;
 594
 595     for (;;) {
 596         int bits = 0;
 597         int end = 0;
 598         if (lambda == last_higher) {
 599             lambda++;
 600             end = 1; // need to set final qscales/bits
 601         }
 602         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 603             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
 604                 unsigned min = UINT_MAX;
 605                 int qscale = 1;
 606                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
 607                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
 608                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
 609                     if (score < min) {
 610                         min = score;
 611                         qscale = q;
 612                     }
 613                 }
 614                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
 615                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
 616                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
 617             }
 618             bits = (bits+31)&~31; // padding
 619             if (bits > ctx->frame_bits)
 620                 break;
 621         }
 622         //dprintf(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
 623         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
 624         if (end) {
 625             if (bits > ctx->frame_bits)
 626                 return -1;
 627             break;
 628         }
 629         if (bits < ctx->frame_bits) {
 630             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
 631             if (last_higher != 0)
 632                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
 633             else
 634                 lambda -= down_step;
 635             down_step *= 5; // XXX tune ?
 636             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 637             lambda = FFMAX(1, lambda);
 638             if (lambda == last_lower)
 639                 break;
 640         } else {
 641             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
 642             if (last_lower != INT_MAX)
 643                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
 644             else
 645                 lambda += up_step;
 646             up_step *= 5;
 647             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 648         }
 649     }
 650     //dprintf(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
 651     ctx->lambda = lambda;
 652     return 0;
 653 }
 654
 655 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
 656 {
 657     int bits = 0;
 658     int up_step = 1;
 659     int down_step = 1;
 660     int last_higher = 0;
 661     int last_lower = INT_MAX;
 662     int qscale;
 663     int x, y;
 664
 665     qscale = ctx->qscale;
 666     for (;;) {
 667         bits = 0;
 668         ctx->qscale = qscale;
 669         // XXX avoid recalculating bits
 670         ctx->m.avctx->execute(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, ctx->m.avctx->thread_count);
 671         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 672             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
 673                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
 674             bits = (bits+31)&~31; // padding
 675             if (bits > ctx->frame_bits)
 676                 break;
 677         }
 678         //dprintf(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
 679         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
 680         if (bits < ctx->frame_bits) {
 681             if (qscale == 1)
 682                 return 1;
 683             if (last_higher == qscale - 1) {
 684                 qscale = last_higher;
 685                 break;
 686             }
 687             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
 688             if (last_higher != 0)
 689                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
 690             else
 691                 qscale -= down_step++;
 692             if (qscale < 1)
 693                 qscale = 1;
 694             up_step = 1;
 695         } else {
 696             if (last_lower == qscale + 1)
 697                 break;
 698             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
 699             if (last_lower != INT_MAX)
 700                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
 701             else
 702                 qscale += up_step++;
 703             down_step = 1;
 704             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
 705                 return -1;
 706         }
 707     }
 708     //dprintf(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
 709     ctx->qscale = qscale;
 710     return 0;
 711 }
 712
 713 static int dnxhd_rc_cmp(const void *a, const void *b)
 714 {
 715     return ((RCCMPEntry *)b)->value - ((RCCMPEntry *)a)->value;
 716 }
 717
 718 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
 719 {
 720     int max_bits = 0;
 721     int ret, x, y;
 722     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
 723         return -1;
 724     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 725         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
 726             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
 727             int delta_bits;
 728             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
 729             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
 730             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
 731             if (!RC_VARIANCE) {
 732                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 733                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 734                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
 735                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
 736                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
 737             }
 738         }
 739         max_bits += 31; //worst padding
 740     }
 741     if (!ret) {
 742         if (RC_VARIANCE)
 743             avctx->execute(avctx, dnxhd_mb_var_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
 744         qsort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num, sizeof(RCEntry), dnxhd_rc_cmp);
 745         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
 746             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
 747             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 748             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
 749             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 750         }
 751     }
 752     return 0;
 753 }
 754
 755 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, AVFrame *frame)
 756 {
 757     int i;
 758
 759     for (i = 0; i < 3; i++) {
 760         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
 761         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
 762     }
 763
 764     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
 765         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
 766         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
 767         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
 768         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
 769     }
 770
 771     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
 772     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
 773 }
 774
 775 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
 776 {
 777     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 778     int first_field = 1;
 779     int offset, i, ret;
 780
 781     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
 782         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
 783         return -1;
 784     }
 785
 786     dnxhd_load_picture(ctx, data);
 787
 788  encode_coding_unit:
 789     for (i = 0; i < 3; i++) {
 790         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
 791         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
 792             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
 793     }
 794
 795     dnxhd_write_header(avctx, buf);
 796
 797     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
 798         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
 799     else
 800         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
 801     if (ret < 0) {
 802         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "picture could not fit ratecontrol constraints\n");
 803         return -1;
 804     }
 805
 806     dnxhd_setup_threads_slices(ctx, buf);
 807
 808     offset = 0;
 809     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
 810         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
 811         offset += ctx->slice_size[i];
 812         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
 813     }
 814
 815     avctx->execute(avctx, dnxhd_encode_thread, (void**)&ctx->thread[0], NULL, avctx->thread_count);
 816
 817     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
 818
 819     if (ctx->interlaced && first_field) {
 820         first_field     = 0;
 821         ctx->cur_field ^= 1;
 822         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
 823         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
 824         goto encode_coding_unit;
 825     }
 826
 827     return ctx->cid_table->frame_size;
 828 }
 829
 830 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 831 {
 832     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 833     int i;
 834
 835     av_freep(&ctx->table_vlc_codes);
 836     av_freep(&ctx->table_vlc_bits);
 837     av_freep(&ctx->table_run_codes);
 838     av_freep(&ctx->table_run_bits);
 839
 840     av_freep(&ctx->mb_bits);
 841     av_freep(&ctx->mb_qscale);
 842     av_freep(&ctx->mb_rc);
 843     av_freep(&ctx->mb_cmp);
 844     av_freep(&ctx->slice_size);
 845
 846     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
 847     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
 848     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
 849     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
 850
 851     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
 852         av_freep(&ctx->thread[i]);
 853
 854     return 0;
 855 }
 856
 857 AVCodec dnxhd_encoder = {
 858     "dnxhd",
 859     CODEC_TYPE_VIDEO,
 860     CODEC_ID_DNXHD,
 861     sizeof(DNXHDEncContext),
 862     dnxhd_encode_init,
 863     dnxhd_encode_picture,
 864     dnxhd_encode_end,
 865     .pix_fmts = (enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, -1},
 866 };