]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/dnxhdenc.c
Merge commit '5d9d8461fbb87046a7ca220d3676a045bd7ab46e'
[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/attributes.h"
30 #include "libavutil/internal.h"
31 #include "libavutil/opt.h"
32 #include "avcodec.h"
33 #include "dsputil.h"
34 #include "internal.h"
35 #include "mpegvideo.h"
36 #include "dnxhdenc.h"
37 #include "internal.h"
38
39 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
40 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
41
42 static const AVOption options[]={
43     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, VE},
44 {NULL}
45 };
46
47 static const AVClass class = {
48     .class_name = "dnxhd",
49     .item_name  = av_default_item_name,
50     .option     = options,
51     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
52 };
53
54 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
55
56 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
57 {
58     int i;
59     for (i = 0; i < 4; i++) {
60         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
61         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
62         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
63         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
64         pixels += line_size;
65         block += 8;
66     }
67     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
68     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
69     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
70     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
71 }
72
73 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
74 {
75     int i;
76     const uint16_t* pixels16 = (const uint16_t*)pixels;
77     line_size >>= 1;
78
79     for (i = 0; i < 4; i++) {
80         block[0] = pixels16[0]; block[1] = pixels16[1];
81         block[2] = pixels16[2]; block[3] = pixels16[3];
82         block[4] = pixels16[4]; block[5] = pixels16[5];
83         block[6] = pixels16[6]; block[7] = pixels16[7];
84         pixels16 += line_size;
85         block += 8;
86     }
87     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
88     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
89     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
90     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
91 }
92
93 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
94                                     int n, int qscale, int *overflow)
95 {
96     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
97     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
98     int last_non_zero = 0;
99     int i;
100
101     ctx->dsp.fdct(block);
102
103     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
104     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
105
106     for (i = 1; i < 64; ++i) {
107         int j = scantable[i];
108         int sign = block[j] >> 31;
109         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
110         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
111         block[j] = (level ^ sign) - sign;
112         if (level)
113             last_non_zero = i;
114     }
115
116     return last_non_zero;
117 }
118
119 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
120 {
121     int i, j, level, run;
122     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
123
124     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
125     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
126     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
127     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
128
129     ctx->vlc_codes += max_level*2;
130     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
131     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
132         for (run = 0; run < 2; run++) {
133             int index = (level<<1)|run;
134             int sign, offset = 0, alevel = level;
135
136             MASK_ABS(sign, alevel);
137             if (alevel > 64) {
138                 offset = (alevel-1)>>6;
139                 alevel -= offset<<6;
140             }
141             for (j = 0; j < 257; j++) {
142                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] >> 1 == alevel &&
143                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 1) && offset) &&
144                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 2) && run)) {
145                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
146                     if (alevel) {
147                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
148                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
149                     } else {
150                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
151                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
152                     }
153                     break;
154                 }
155             }
156             av_assert0(!alevel || j < 257);
157             if (offset) {
158                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
159                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
160             }
161         }
162     }
163     for (i = 0; i < 62; i++) {
164         int run = ctx->cid_table->run[i];
165         av_assert0(run < 63);
166         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
167         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
168     }
169     return 0;
170  fail:
171     return -1;
172 }
173
174 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
175 {
176     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
177     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
178     int qscale, i;
179     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
180     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
181
182     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
183     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
184     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
185     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
186
187     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
188         for (i = 1; i < 64; i++) {
189             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
190             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
191         }
192         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
193                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
194         for (i = 1; i < 64; i++) {
195             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
196             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
197         }
198         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
199                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
200
201         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
202             for (i = 0; i < 64; i++) {
203                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
204                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
205                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
206             }
207         }
208     } else {
209         // 10-bit
210         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
211             for (i = 1; i < 64; i++) {
212                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
213
214                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
215                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
216                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
217                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
218                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
219                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
220                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
221                 // For 10-bit samples, p / s == 2
222                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
223                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
224             }
225         }
226     }
227
228     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
229     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
230     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
231     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
232
233     return 0;
234  fail:
235     return -1;
236 }
237
238 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
239 {
240     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
241     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
242         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
243
244     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
245     ctx->qscale = 1;
246     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
247     return 0;
248  fail:
249     return -1;
250 }
251
252 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
253 {
254     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
255     int i, index, bit_depth;
256
257     switch (avctx->pix_fmt) {
258     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
259         bit_depth = 8;
260         break;
261     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
262         bit_depth = 10;
263         break;
264     default:
265         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
266         return -1;
267     }
268
269     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
270     if (!ctx->cid) {
271         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD. Valid DNxHD profiles:\n");
272         ff_dnxhd_print_profiles(avctx, AV_LOG_ERROR);
273         return -1;
274     }
275     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
276
277     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
278     av_assert0(index >= 0);
279     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
280
281     ctx->m.avctx = avctx;
282     ctx->m.mb_intra = 1;
283     ctx->m.h263_aic = 1;
284
285     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
286
287     ff_dct_common_init(&ctx->m);
288     ff_dct_encode_init(&ctx->m);
289
290     if (!ctx->m.dct_quantize)
291         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
292
293     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
294        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
295        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
296        ctx->block_width_l2 = 4;
297     } else {
298        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
299        ctx->block_width_l2 = 3;
300     }
301
302     if (ARCH_X86)
303         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
304
305     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
306     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
307
308     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
309         ctx->interlaced = 1;
310         ctx->m.mb_height /= 2;
311     }
312
313     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
314
315     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
316         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
317     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
318         return -1;
319
320     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
321     if (ctx->nitris_compat)
322         ctx->min_padding = 1600;
323
324     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
325         return -1;
326     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
327         return -1;
328
329     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
330     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
331     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
332     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
333
334     ctx->frame.key_frame = 1;
335     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
336     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
337
338     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
339         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
340         return -1;
341     }
342
343     ctx->thread[0] = ctx;
344     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
345         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
346         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
347     }
348
349     return 0;
350  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
351     return -1;
352 }
353
354 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
355 {
356     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
357     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
358
359     memset(buf, 0, 640);
360
361     memcpy(buf, header_prefix, 5);
362     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
363     buf[6] = 0x80; // crc flag off
364     buf[7] = 0xa0; // reserved
365     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
366     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
367     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
368
369     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
370     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
371     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
372     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
373
374     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
375
376     buf[0x167] = 0x02; // reserved
377     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
378     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
379     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
380
381     ctx->msip = buf + 0x170;
382     return 0;
383 }
384
385 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
386 {
387     int nbits;
388     if (diff < 0) {
389         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
390         diff--;
391     } else {
392         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
393     }
394     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
395              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
396 }
397
398 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index, int n)
399 {
400     int last_non_zero = 0;
401     int slevel, i, j;
402
403     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
404     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
405
406     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
407         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
408         slevel = block[j];
409         if (slevel) {
410             int run_level = i - last_non_zero - 1;
411             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
412             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
413             if (run_level)
414                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
415             last_non_zero = i;
416         }
417     }
418     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
419 }
420
421 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale, int last_index)
422 {
423     const uint8_t *weight_matrix;
424     int level;
425     int i;
426
427     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
428
429     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
430         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
431         level = block[j];
432         if (level) {
433             if (level < 0) {
434                 level = (1-2*level) * 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                 level = -level;
445             } else {
446                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
447                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
448                     if (weight_matrix[i] != 8)
449                         level += 8;
450                     level >>= 4;
451                 } else {
452                     if (weight_matrix[i] != 32)
453                         level += 32;
454                     level >>= 6;
455                 }
456             }
457             block[j] = level;
458         }
459     }
460 }
461
462 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
463 {
464     int score = 0;
465     int i;
466     for (i = 0; i < 64; i++)
467         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
468     return score;
469 }
470
471 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
472 {
473     int last_non_zero = 0;
474     int bits = 0;
475     int i, j, level;
476     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
477         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
478         level = block[j];
479         if (level) {
480             int run_level = i - last_non_zero - 1;
481             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
482             last_non_zero = i;
483         }
484     }
485     return bits;
486 }
487
488 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
489 {
490     const int bs = ctx->block_width_l2;
491     const int bw = 1 << bs;
492     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
493     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
494     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
495     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
496
497     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
498     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
499     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
500     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
501
502     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
503         if (ctx->interlaced) {
504             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
505             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
506             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
507             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
508         } else {
509             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
510             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
511             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
512             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
513         }
514     } else {
515         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
516         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
517         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
518         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
519     }
520 }
521
522 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
523 {
524     const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
525     return component[i];
526 }
527
528 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
529 {
530     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
531     int mb_y = jobnr, mb_x;
532     int qscale = ctx->qscale;
533     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
534     ctx = ctx->thread[threadnr];
535
536     ctx->m.last_dc[0] =
537     ctx->m.last_dc[1] =
538     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
539
540     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
541         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
542         int ssd     = 0;
543         int ac_bits = 0;
544         int dc_bits = 0;
545         int i;
546
547         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
548
549         for (i = 0; i < 8; i++) {
550             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
551             int overflow, nbits, diff, last_index;
552             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
553
554             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
555             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
556             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
557
558             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
559             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
560             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
561
562             av_assert1(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
563             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
564
565             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
566
567             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
568                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
569                 ctx->m.dsp.idct(block);
570                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
571             }
572         }
573         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
574         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
575     }
576     return 0;
577 }
578
579 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
580 {
581     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
582     int mb_y = jobnr, mb_x;
583     ctx = ctx->thread[threadnr];
584     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
585
586     ctx->m.last_dc[0] =
587     ctx->m.last_dc[1] =
588     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
589     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
590         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
591         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
592         int i;
593
594         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
595
596         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
597
598         for (i = 0; i < 8; i++) {
599             int16_t *block = ctx->blocks[i];
600             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
601             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
602             //START_TIMER;
603             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
604             //STOP_TIMER("encode_block");
605         }
606     }
607     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
608         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
609     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
610     return 0;
611 }
612
613 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
614 {
615     int mb_y, mb_x;
616     int offset = 0;
617     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
618         int thread_size;
619         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
620         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
621         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
622             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
623             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
624         }
625         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
626         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
627         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
628         offset += thread_size;
629     }
630 }
631
632 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
633 {
634     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
635     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
636     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
637                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
638
639     ctx = ctx->thread[threadnr];
640     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
641         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
642         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
643             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
644             int sum;
645             int varc;
646
647             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16) {
648                 sum  = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
649                 varc = ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
650             } else {
651                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
652                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
653                 sum = varc = 0;
654                 for (y = 0; y < bh; y++) {
655                     for (x = 0; x < bw; x++) {
656                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
657                         sum  += val;
658                         varc += val * val;
659                     }
660                 }
661             }
662             varc = (varc - (((unsigned)sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
663
664             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
665             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
666         }
667     } else { // 10-bit
668         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
669         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
670             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
671             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
672             int sum = 0;
673             int sqsum = 0;
674             int mean, sqmean;
675             int i, j;
676             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
677             for (i = 0; i < 16; ++i) {
678                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
679                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
680                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
681                     sum += sample;
682                     sqsum += sample * sample;
683                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
684                 }
685                 pix += linesize;
686             }
687             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
688             sqmean = sqsum >> 8;
689             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
690             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
691         }
692     }
693     return 0;
694 }
695
696 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
697 {
698     int lambda, up_step, down_step;
699     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
700     int x, y, q;
701
702     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
703         ctx->qscale = q;
704         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
705     }
706     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
707     lambda = ctx->lambda;
708
709     for (;;) {
710         int bits = 0;
711         int end = 0;
712         if (lambda == last_higher) {
713             lambda++;
714             end = 1; // need to set final qscales/bits
715         }
716         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
717             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
718                 unsigned min = UINT_MAX;
719                 int qscale = 1;
720                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
721                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
722                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
723                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
724                     if (score < min) {
725                         min = score;
726                         qscale = q;
727                     }
728                 }
729                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
730                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
731                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
732             }
733             bits = (bits+31)&~31; // padding
734             if (bits > ctx->frame_bits)
735                 break;
736         }
737         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
738         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
739         if (end) {
740             if (bits > ctx->frame_bits)
741                 return -1;
742             break;
743         }
744         if (bits < ctx->frame_bits) {
745             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
746             if (last_higher != 0)
747                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
748             else
749                 lambda -= down_step;
750             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
751             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
752             lambda = FFMAX(1, lambda);
753             if (lambda == last_lower)
754                 break;
755         } else {
756             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
757             if (last_lower != INT_MAX)
758                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
759             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
760                 return -1;
761             else
762                 lambda += up_step;
763             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
764             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
765         }
766     }
767     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
768     ctx->lambda = lambda;
769     return 0;
770 }
771
772 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
773 {
774     int bits = 0;
775     int up_step = 1;
776     int down_step = 1;
777     int last_higher = 0;
778     int last_lower = INT_MAX;
779     int qscale;
780     int x, y;
781
782     qscale = ctx->qscale;
783     for (;;) {
784         bits = 0;
785         ctx->qscale = qscale;
786         // XXX avoid recalculating bits
787         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
788         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
789             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
790                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
791             bits = (bits+31)&~31; // padding
792             if (bits > ctx->frame_bits)
793                 break;
794         }
795         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
796         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
797         if (bits < ctx->frame_bits) {
798             if (qscale == 1)
799                 return 1;
800             if (last_higher == qscale - 1) {
801                 qscale = last_higher;
802                 break;
803             }
804             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
805             if (last_higher != 0)
806                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
807             else
808                 qscale -= down_step++;
809             if (qscale < 1)
810                 qscale = 1;
811             up_step = 1;
812         } else {
813             if (last_lower == qscale + 1)
814                 break;
815             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
816             if (last_lower != INT_MAX)
817                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
818             else
819                 qscale += up_step++;
820             down_step = 1;
821             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
822                 return -1;
823         }
824     }
825     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
826     ctx->qscale = qscale;
827     return 0;
828 }
829
830 #define BUCKET_BITS 8
831 #define RADIX_PASSES 4
832 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
833
834 static inline int get_bucket(int value, int shift)
835 {
836     value >>= shift;
837     value &= NBUCKETS - 1;
838     return NBUCKETS - 1 - value;
839 }
840
841 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
842 {
843     int i, j;
844     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
845     for (i = 0; i < size; i++) {
846         int v = data[i].value;
847         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
848             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
849             v >>= BUCKET_BITS;
850         }
851         av_assert1(!v);
852     }
853     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
854         int offset = size;
855         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
856             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
857         av_assert1(!buckets[j][0]);
858     }
859 }
860
861 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
862 {
863     int shift = pass * BUCKET_BITS;
864     int i;
865     for (i = 0; i < size; i++) {
866         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
867         int pos = buckets[v]++;
868         dst[pos] = data[i];
869     }
870 }
871
872 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
873 {
874     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
875     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
876     radix_count(data, size, buckets);
877     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
878     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
879     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
880         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
881         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
882     }
883     av_free(tmp);
884 }
885
886 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
887 {
888     int max_bits = 0;
889     int ret, x, y;
890     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
891         return -1;
892     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
893         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
894             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
895             int delta_bits;
896             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
897             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
898             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
899             if (!RC_VARIANCE) {
900                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
901                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
902                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
903                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
904                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
905             }
906         }
907         max_bits += 31; //worst padding
908     }
909     if (!ret) {
910         if (RC_VARIANCE)
911             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
912         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
913         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
914             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
915             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
916             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
917             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
918         }
919     }
920     return 0;
921 }
922
923 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
924 {
925     int i;
926
927     for (i = 0; i < 3; i++) {
928         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
929         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
930     }
931
932     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
933         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
934         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
935         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
936         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
937     }
938
939     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
940     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
941 }
942
943 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
944                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
945 {
946     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
947     int first_field = 1;
948     int offset, i, ret;
949     uint8_t *buf;
950
951     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0)
952         return ret;
953     buf = pkt->data;
954
955     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
956
957  encode_coding_unit:
958     for (i = 0; i < 3; i++) {
959         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
960         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
961             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
962     }
963
964     dnxhd_write_header(avctx, buf);
965
966     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
967         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
968     else
969         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
970     if (ret < 0) {
971         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
972                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
973         return -1;
974     }
975
976     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
977
978     offset = 0;
979     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
980         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
981         offset += ctx->slice_size[i];
982         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
983     }
984
985     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
986
987     av_assert1(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
988     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
989
990     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
991
992     if (ctx->interlaced && first_field) {
993         first_field     = 0;
994         ctx->cur_field ^= 1;
995         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
996         goto encode_coding_unit;
997     }
998
999     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
1000
1001     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1002     *got_packet = 1;
1003     return 0;
1004 }
1005
1006 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1007 {
1008     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1009     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
1010     int i;
1011
1012     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
1013     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
1014     av_freep(&ctx->run_codes);
1015     av_freep(&ctx->run_bits);
1016
1017     av_freep(&ctx->mb_bits);
1018     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1019     av_freep(&ctx->mb_rc);
1020     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1021     av_freep(&ctx->slice_size);
1022     av_freep(&ctx->slice_offs);
1023
1024     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1025     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1026     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1027     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1028
1029     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1030         av_freep(&ctx->thread[i]);
1031
1032     return 0;
1033 }
1034
1035 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1036     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1037     { NULL },
1038 };
1039
1040 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1041     .name           = "dnxhd",
1042     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1043     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1044     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1045     .init           = dnxhd_encode_init,
1046     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1047     .close          = dnxhd_encode_end,
1048     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1049     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV422P,
1050                                                   AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1051                                                   AV_PIX_FMT_NONE },
1052     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1053     .priv_class     = &class,
1054     .defaults       = dnxhd_defaults,
1055 };