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 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 #include "libavutil/attributes.h"
  27 #include "libavutil/internal.h"
  28 #include "libavutil/opt.h"
  29 #include "libavutil/timer.h"
  30
  31 #include "avcodec.h"
  32 #include "blockdsp.h"
  33 #include "fdctdsp.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "mpegvideo.h"
  36 #include "pixblockdsp.h"
  37 #include "profiles.h"
  38 #include "dnxhdenc.h"
  39
  40 // The largest value that will not lead to overflow for 10-bit samples.
  41 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18
  42 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
  43 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
  44
  45 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
  46 static const AVOption options[] = {
  47     { "nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility",
  48         offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, VE },
  49     { "ibias", "intra quant bias",
  50         offsetof(DNXHDEncContext, intra_quant_bias), AV_OPT_TYPE_INT,
  51         { .i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE },
  52     { "profile",       NULL, offsetof(DNXHDEncContext, profile), AV_OPT_TYPE_INT,
  53         { .i64 = FF_PROFILE_DNXHD },
  54         FF_PROFILE_DNXHD, FF_PROFILE_DNXHR_444, VE, "profile" },
  55     { "dnxhd",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHD },
  56         0, 0, VE, "profile" },
  57     { "dnxhr_444", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_444 },
  58         0, 0, VE, "profile" },
  59     { "dnxhr_hqx", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_HQX },
  60         0, 0, VE, "profile" },
  61     { "dnxhr_hq",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_HQ },
  62         0, 0, VE, "profile" },
  63     { "dnxhr_sq",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_SQ },
  64         0, 0, VE, "profile" },
  65     { "dnxhr_lb",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_LB },
  66         0, 0, VE, "profile" },
  67     { NULL }
  68 };
  69
  70 static const AVClass dnxhd_class = {
  71     .class_name = "dnxhd",
  72     .item_name  = av_default_item_name,
  73     .option     = options,
  74     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
  75 };
  76
  77 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block,
  78                                           const uint8_t *pixels,
  79                                           ptrdiff_t line_size)
  80 {
  81     int i;
  82     for (i = 0; i < 4; i++) {
  83         block[0] = pixels[0];
  84         block[1] = pixels[1];
  85         block[2] = pixels[2];
  86         block[3] = pixels[3];
  87         block[4] = pixels[4];
  88         block[5] = pixels[5];
  89         block[6] = pixels[6];
  90         block[7] = pixels[7];
  91         pixels  += line_size;
  92         block   += 8;
  93     }
  94     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
  95     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
  96     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
  97     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
  98 }
  99
 100 static av_always_inline
 101 void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block,
 102                                     const uint8_t *pixels,
 103                                     ptrdiff_t line_size)
 104 {
 105     memcpy(block + 0 * 8, pixels + 0 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 106     memcpy(block + 7 * 8, pixels + 0 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 107     memcpy(block + 1 * 8, pixels + 1 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 108     memcpy(block + 6 * 8, pixels + 1 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 109     memcpy(block + 2 * 8, pixels + 2 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 110     memcpy(block + 5 * 8, pixels + 2 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 111     memcpy(block + 3 * 8, pixels + 3 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 112     memcpy(block + 4 * 8, pixels + 3 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 113 }
 114
 115 static int dnxhd_10bit_dct_quantize_444(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
 116                                         int n, int qscale, int *overflow)
 117 {
 118     int i, j, level, last_non_zero, start_i;
 119     const int *qmat;
 120     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
 121     int bias;
 122     int max = 0;
 123     unsigned int threshold1, threshold2;
 124
 125     ctx->fdsp.fdct(block);
 126
 127     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
 128     start_i = 1;
 129     last_non_zero = 0;
 130     qmat = n < 4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
 131     bias= ctx->intra_quant_bias * (1 << (16 - 8));
 132     threshold1 = (1 << 16) - bias - 1;
 133     threshold2 = (threshold1 << 1);
 134
 135     for (i = 63; i >= start_i; i--) {
 136         j = scantable[i];
 137         level = block[j] * qmat[j];
 138
 139         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 140             last_non_zero = i;
 141             break;
 142         } else{
 143             block[j]=0;
 144         }
 145     }
 146
 147     for (i = start_i; i <= last_non_zero; i++) {
 148         j = scantable[i];
 149         level = block[j] * qmat[j];
 150
 151         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 152             if (level > 0) {
 153                 level = (bias + level) >> 16;
 154                 block[j] = level;
 155             } else{
 156                 level = (bias - level) >> 16;
 157                 block[j] = -level;
 158             }
 159             max |= level;
 160         } else {
 161             block[j] = 0;
 162         }
 163     }
 164     *overflow = ctx->max_qcoeff < max; //overflow might have happened
 165
 166     /* we need this permutation so that we correct the IDCT, we only permute the !=0 elements */
 167     if (ctx->idsp.perm_type != FF_IDCT_PERM_NONE)
 168         ff_block_permute(block, ctx->idsp.idct_permutation,
 169                          scantable, last_non_zero);
 170
 171     return last_non_zero;
 172 }
 173
 174 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
 175                                     int n, int qscale, int *overflow)
 176 {
 177     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
 178     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
 179     int last_non_zero = 0;
 180     int i;
 181
 182     ctx->fdsp.fdct(block);
 183
 184     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
 185     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
 186
 187     for (i = 1; i < 64; ++i) {
 188         int j = scantable[i];
 189         int sign = FF_SIGNBIT(block[j]);
 190         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
 191         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
 192         block[j] = (level ^ sign) - sign;
 193         if (level)
 194             last_non_zero = i;
 195     }
 196
 197     /* we need this permutation so that we correct the IDCT, we only permute the !=0 elements */
 198     if (ctx->idsp.perm_type != FF_IDCT_PERM_NONE)
 199         ff_block_permute(block, ctx->idsp.idct_permutation,
 200                          scantable, last_non_zero);
 201
 202     return last_non_zero;
 203 }
 204
 205 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
 206 {
 207     int i, j, level, run;
 208     int max_level = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
 209
 210     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->orig_vlc_codes,
 211                       max_level, 4 * sizeof(*ctx->orig_vlc_codes), fail);
 212     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->orig_vlc_bits,
 213                       max_level, 4 * sizeof(*ctx->orig_vlc_bits), fail);
 214     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes,
 215                       63 * 2, fail);
 216     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,
 217                       63, fail);
 218
 219     ctx->vlc_codes = ctx->orig_vlc_codes + max_level * 2;
 220     ctx->vlc_bits  = ctx->orig_vlc_bits + max_level * 2;
 221     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
 222         for (run = 0; run < 2; run++) {
 223             int index = (level << 1) | run;
 224             int sign, offset = 0, alevel = level;
 225
 226             MASK_ABS(sign, alevel);
 227             if (alevel > 64) {
 228                 offset  = (alevel - 1) >> 6;
 229                 alevel -= offset << 6;
 230             }
 231             for (j = 0; j < 257; j++) {
 232                 if (ctx->cid_table->ac_info[2*j+0] >> 1 == alevel &&
 233                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_info[2*j+1] & 1) && offset) &&
 234                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_info[2*j+1] & 2) && run)) {
 235                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
 236                     if (alevel) {
 237                         ctx->vlc_codes[index] =
 238                             (ctx->cid_table->ac_codes[j] << 1) | (sign & 1);
 239                         ctx->vlc_bits[index] = ctx->cid_table->ac_bits[j] + 1;
 240                     } else {
 241                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
 242                         ctx->vlc_bits[index]  = ctx->cid_table->ac_bits[j];
 243                     }
 244                     break;
 245                 }
 246             }
 247             av_assert0(!alevel || j < 257);
 248             if (offset) {
 249                 ctx->vlc_codes[index] =
 250                     (ctx->vlc_codes[index] << ctx->cid_table->index_bits) | offset;
 251                 ctx->vlc_bits[index] += ctx->cid_table->index_bits;
 252             }
 253         }
 254     }
 255     for (i = 0; i < 62; i++) {
 256         int run = ctx->cid_table->run[i];
 257         av_assert0(run < 63);
 258         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
 259         ctx->run_bits[run]  = ctx->cid_table->run_bits[i];
 260     }
 261     return 0;
 262 fail:
 263     return AVERROR(ENOMEM);
 264 }
 265
 266 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
 267 {
 268     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
 269     uint16_t weight_matrix[64] = { 1, }; // convert_matrix needs uint16_t*
 270     int qscale, i;
 271     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
 272     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
 273
 274     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,
 275                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * sizeof(int), fail);
 276     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,
 277                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * sizeof(int), fail);
 278     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16,
 279                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * 2 * sizeof(uint16_t),
 280                       fail);
 281     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16,
 282                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * 2 * sizeof(uint16_t),
 283                       fail);
 284
 285     if (ctx->bit_depth == 8) {
 286         for (i = 1; i < 64; i++) {
 287             int j = ctx->m.idsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 288             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
 289         }
 290         ff_convert_matrix(&ctx->m, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16,
 291                           weight_matrix, ctx->intra_quant_bias, 1,
 292                           ctx->m.avctx->qmax, 1);
 293         for (i = 1; i < 64; i++) {
 294             int j = ctx->m.idsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 295             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
 296         }
 297         ff_convert_matrix(&ctx->m, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16,
 298                           weight_matrix, ctx->intra_quant_bias, 1,
 299                           ctx->m.avctx->qmax, 1);
 300
 301         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 302             for (i = 0; i < 64; i++) {
 303                 ctx->qmatrix_l[qscale][i]      <<= 2;
 304                 ctx->qmatrix_c[qscale][i]      <<= 2;
 305                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2;
 306                 ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
 307                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2;
 308                 ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
 309             }
 310         }
 311     } else {
 312         // 10-bit
 313         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 314             for (i = 1; i < 64; i++) {
 315                 int j = ff_zigzag_direct[i];
 316
 317                 /* The quantization formula from the VC-3 standard is:
 318                  * quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p /
 319                  *             (qscale * weight_table[i]))
 320                  * Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
 321                  * The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by
 322                  * the DCT routines, and therefore is not present in standard.
 323                  * It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
 324                  * We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
 325                  *     ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) /
 326                  *     (qscale * weight_table[i])
 327                  * For 10-bit samples, p / s == 2 */
 328                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) /
 329                                             (qscale * luma_weight_table[i]);
 330                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) /
 331                                             (qscale * chroma_weight_table[i]);
 332             }
 333         }
 334     }
 335
 336     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
 337     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
 338     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
 339     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
 340
 341     return 0;
 342 fail:
 343     return AVERROR(ENOMEM);
 344 }
 345
 346 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
 347 {
 348     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, (ctx->m.avctx->qmax + 1),
 349                           ctx->m.mb_num * sizeof(RCEntry), fail);
 350     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD) {
 351         FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp,
 352                           ctx->m.mb_num, sizeof(RCCMPEntry), fail);
 353         FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp_tmp,
 354                           ctx->m.mb_num, sizeof(RCCMPEntry), fail);
 355     }
 356     ctx->frame_bits = (ctx->coding_unit_size -
 357                        ctx->data_offset - 4 - ctx->min_padding) * 8;
 358     ctx->qscale = 1;
 359     ctx->lambda = 2 << LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
 360     return 0;
 361 fail:
 362     return AVERROR(ENOMEM);
 363 }
 364
 365 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 366 {
 367     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 368     int i, index, ret;
 369
 370     switch (avctx->pix_fmt) {
 371     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 372         ctx->bit_depth = 8;
 373         break;
 374     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
 375     case AV_PIX_FMT_YUV444P10:
 376     case AV_PIX_FMT_GBRP10:
 377         ctx->bit_depth = 10;
 378         break;
 379     default:
 380         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 381                "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
 382         return AVERROR(EINVAL);
 383     }
 384
 385     if ((ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_444 && (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV444P10 &&
 386                                                   avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GBRP10)) ||
 387         (ctx->profile != FF_PROFILE_DNXHR_444 && (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10 ||
 388                                                   avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GBRP10))) {
 389         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 390                "pixel format is incompatible with DNxHD profile\n");
 391         return AVERROR(EINVAL);
 392     }
 393
 394     if (ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQX && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV422P10) {
 395         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 396                "pixel format is incompatible with DNxHR HQX profile\n");
 397         return AVERROR(EINVAL);
 398     }
 399
 400     if ((ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_LB ||
 401          ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_SQ ||
 402          ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQ) && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV422P) {
 403         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 404                "pixel format is incompatible with DNxHR LB/SQ/HQ profile\n");
 405         return AVERROR(EINVAL);
 406     }
 407
 408     ctx->is_444 = ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_444;
 409     avctx->profile = ctx->profile;
 410     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, ctx->bit_depth);
 411     if (!ctx->cid) {
 412         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 413                "video parameters incompatible with DNxHD. Valid DNxHD profiles:\n");
 414         ff_dnxhd_print_profiles(avctx, AV_LOG_ERROR);
 415         return AVERROR(EINVAL);
 416     }
 417     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
 418
 419     if (ctx->cid >= 1270 && ctx->cid <= 1274)
 420         avctx->codec_tag = MKTAG('A','V','d','h');
 421
 422     if (avctx->width < 256 || avctx->height < 120) {
 423         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 424                "Input dimensions too small, input must be at least 256x120\n");
 425         return AVERROR(EINVAL);
 426     }
 427
 428     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
 429     av_assert0(index >= 0);
 430
 431     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
 432
 433     ctx->m.avctx    = avctx;
 434     ctx->m.mb_intra = 1;
 435     ctx->m.h263_aic = 1;
 436
 437     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->bit_depth;
 438
 439     ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, avctx);
 440     ff_fdctdsp_init(&ctx->m.fdsp, avctx);
 441     ff_mpv_idct_init(&ctx->m);
 442     ff_mpegvideoencdsp_init(&ctx->m.mpvencdsp, avctx);
 443     ff_pixblockdsp_init(&ctx->m.pdsp, avctx);
 444     ff_dct_encode_init(&ctx->m);
 445
 446     if (ctx->profile != FF_PROFILE_DNXHD)
 447         ff_videodsp_init(&ctx->m.vdsp, ctx->bit_depth);
 448
 449     if (!ctx->m.dct_quantize)
 450         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
 451
 452     if (ctx->is_444 || ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQX) {
 453         ctx->m.dct_quantize     = dnxhd_10bit_dct_quantize_444;
 454         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
 455         ctx->block_width_l2     = 4;
 456     } else if (ctx->bit_depth == 10) {
 457         ctx->m.dct_quantize     = dnxhd_10bit_dct_quantize;
 458         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
 459         ctx->block_width_l2     = 4;
 460     } else {
 461         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
 462         ctx->block_width_l2     = 3;
 463     }
 464
 465     if (ARCH_X86)
 466         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
 467
 468     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
 469     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
 470
 471     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 472         ctx->interlaced   = 1;
 473         ctx->m.mb_height /= 2;
 474     }
 475
 476     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
 477
 478     if (ctx->cid_table->frame_size == DNXHD_VARIABLE) {
 479         ctx->frame_size = ff_dnxhd_get_hr_frame_size(ctx->cid,
 480                                                      avctx->width, avctx->height);
 481         av_assert0(ctx->frame_size >= 0);
 482         ctx->coding_unit_size = ctx->frame_size;
 483     } else {
 484         ctx->frame_size = ctx->cid_table->frame_size;
 485         ctx->coding_unit_size = ctx->cid_table->coding_unit_size;
 486     }
 487
 488     if (ctx->m.mb_height > 68)
 489         ctx->data_offset = 0x170 + (ctx->m.mb_height << 2);
 490     else
 491         ctx->data_offset = 0x280;
 492
 493     // XXX tune lbias/cbias
 494     if ((ret = dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->intra_quant_bias, 0)) < 0)
 495         return ret;
 496
 497     /* Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding
 498      * in the coding unit payload */
 499     if (ctx->nitris_compat)
 500         ctx->min_padding = 1600;
 501
 502     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx)) < 0)
 503         return ret;
 504     if ((ret = dnxhd_init_rc(ctx)) < 0)
 505         return ret;
 506
 507     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size,
 508                       ctx->m.mb_height * sizeof(uint32_t), fail);
 509     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs,
 510                       ctx->m.mb_height * sizeof(uint32_t), fail);
 511     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,
 512                       ctx->m.mb_num * sizeof(uint16_t), fail);
 513     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,
 514                       ctx->m.mb_num * sizeof(uint8_t), fail);
 515
 516 #if FF_API_CODED_FRAME
 517 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 518     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 519     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 520 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 521 #endif
 522
 523     if (avctx->active_thread_type == FF_THREAD_SLICE) {
 524         if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
 525             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
 526             return AVERROR(EINVAL);
 527         }
 528     }
 529
 530     if (avctx->qmax <= 1) {
 531         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "qmax must be at least 2\n");
 532         return AVERROR(EINVAL);
 533     }
 534
 535     ctx->thread[0] = ctx;
 536     if (avctx->active_thread_type == FF_THREAD_SLICE) {
 537         for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
 538             ctx->thread[i] = av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
 539             memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
 540         }
 541     }
 542
 543     return 0;
 544 fail:  // for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
 545     return AVERROR(ENOMEM);
 546 }
 547
 548 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
 549 {
 550     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 551
 552     memset(buf, 0, ctx->data_offset);
 553
 554     // * write prefix */
 555     AV_WB16(buf + 0x02, ctx->data_offset);
 556     if (ctx->cid >= 1270 && ctx->cid <= 1274)
 557         buf[4] = 0x03;
 558     else
 559         buf[4] = 0x01;
 560
 561     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field + 2 : 0x01;
 562     buf[6] = 0x80; // crc flag off
 563     buf[7] = 0xa0; // reserved
 564     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height >> ctx->interlaced); // ALPF
 565     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
 566     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height >> ctx->interlaced); // NAL
 567
 568     buf[0x21] = ctx->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
 569     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced << 2);
 570     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
 571     buf[0x2c] = (!ctx->interlaced << 7) | (ctx->is_444 << 6) | (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10);
 572
 573     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
 574
 575     buf[0x167] = 0x02; // reserved
 576     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
 577     AV_WB16(buf + 0x16c, ctx->m.mb_height); // Ns
 578     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
 579
 580     ctx->msip = buf + 0x170;
 581     return 0;
 582 }
 583
 584 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
 585 {
 586     int nbits;
 587     if (diff < 0) {
 588         nbits = av_log2_16bit(-2 * diff);
 589         diff--;
 590     } else {
 591         nbits = av_log2_16bit(2 * diff);
 592     }
 593     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
 594              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits] << nbits) +
 595              av_mod_uintp2(diff, nbits));
 596 }
 597
 598 static av_always_inline
 599 void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block,
 600                         int last_index, int n)
 601 {
 602     int last_non_zero = 0;
 603     int slevel, i, j;
 604
 605     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
 606     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 607
 608     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 609         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 610         slevel = block[j];
 611         if (slevel) {
 612             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 613             int rlevel = (slevel << 1) | !!run_level;
 614             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
 615             if (run_level)
 616                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level],
 617                          ctx->run_codes[run_level]);
 618             last_non_zero = i;
 619         }
 620     }
 621     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
 622 }
 623
 624 static av_always_inline
 625 void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n,
 626                         int qscale, int last_index)
 627 {
 628     const uint8_t *weight_matrix;
 629     int level;
 630     int i;
 631
 632     if (ctx->is_444) {
 633         weight_matrix = ((n % 6) < 2) ? ctx->cid_table->luma_weight
 634                                       : ctx->cid_table->chroma_weight;
 635     } else {
 636         weight_matrix = (n & 2) ? ctx->cid_table->chroma_weight
 637                                 : ctx->cid_table->luma_weight;
 638     }
 639
 640     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 641         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 642         level = block[j];
 643         if (level) {
 644             if (level < 0) {
 645                 level = (1 - 2 * level) * qscale * weight_matrix[i];
 646                 if (ctx->bit_depth == 10) {
 647                     if (weight_matrix[i] != 8)
 648                         level += 8;
 649                     level >>= 4;
 650                 } else {
 651                     if (weight_matrix[i] != 32)
 652                         level += 32;
 653                     level >>= 6;
 654                 }
 655                 level = -level;
 656             } else {
 657                 level = (2 * level + 1) * qscale * weight_matrix[i];
 658                 if (ctx->bit_depth == 10) {
 659                     if (weight_matrix[i] != 8)
 660                         level += 8;
 661                     level >>= 4;
 662                 } else {
 663                     if (weight_matrix[i] != 32)
 664                         level += 32;
 665                     level >>= 6;
 666                 }
 667             }
 668             block[j] = level;
 669         }
 670     }
 671 }
 672
 673 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
 674 {
 675     int score = 0;
 676     int i;
 677     for (i = 0; i < 64; i++)
 678         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
 679     return score;
 680 }
 681
 682 static av_always_inline
 683 int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
 684 {
 685     int last_non_zero = 0;
 686     int bits = 0;
 687     int i, j, level;
 688     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 689         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 690         level = block[j];
 691         if (level) {
 692             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 693             bits += ctx->vlc_bits[(level << 1) |
 694                     !!run_level] + ctx->run_bits[run_level];
 695             last_non_zero = i;
 696         }
 697     }
 698     return bits;
 699 }
 700
 701 static av_always_inline
 702 void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
 703 {
 704     const int bs = ctx->block_width_l2;
 705     const int bw = 1 << bs;
 706     int dct_y_offset = ctx->dct_y_offset;
 707     int dct_uv_offset = ctx->dct_uv_offset;
 708     int linesize = ctx->m.linesize;
 709     int uvlinesize = ctx->m.uvlinesize;
 710     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] +
 711                            ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize) + (mb_x << bs + 1);
 712     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] +
 713                            ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs + ctx->is_444);
 714     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] +
 715                            ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs + ctx->is_444);
 716     PixblockDSPContext *pdsp = &ctx->m.pdsp;
 717     VideoDSPContext *vdsp = &ctx->m.vdsp;
 718
 719     if (ctx->bit_depth != 10 && vdsp->emulated_edge_mc && ((mb_x << 4) + 16 > ctx->m.avctx->width ||
 720                                                            (mb_y << 4) + 16 > ctx->m.avctx->height)) {
 721         int y_w = ctx->m.avctx->width  - (mb_x << 4);
 722         int y_h = ctx->m.avctx->height - (mb_y << 4);
 723         int uv_w = (y_w + 1) / 2;
 724         int uv_h = y_h;
 725         linesize = 16;
 726         uvlinesize = 8;
 727
 728         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_y[0], ptr_y,
 729                                linesize, ctx->m.linesize,
 730                                linesize, 16,
 731                                0, 0, y_w, y_h);
 732         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[0][0], ptr_u,
 733                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 734                                uvlinesize, 16,
 735                                0, 0, uv_w, uv_h);
 736         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[1][0], ptr_v,
 737                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 738                                uvlinesize, 16,
 739                                0, 0, uv_w, uv_h);
 740
 741         dct_y_offset =  bw * linesize;
 742         dct_uv_offset = bw * uvlinesize;
 743         ptr_y = &ctx->edge_buf_y[0];
 744         ptr_u = &ctx->edge_buf_uv[0][0];
 745         ptr_v = &ctx->edge_buf_uv[1][0];
 746     } else if (ctx->bit_depth == 10 && vdsp->emulated_edge_mc && ((mb_x << 4) + 16 > ctx->m.avctx->width ||
 747                                                                   (mb_y << 4) + 16 > ctx->m.avctx->height)) {
 748         int y_w = ctx->m.avctx->width  - (mb_x << 4);
 749         int y_h = ctx->m.avctx->height - (mb_y << 4);
 750         int uv_w = ctx->is_444 ? y_w : (y_w + 1) / 2;
 751         int uv_h = y_h;
 752         linesize = 32;
 753         uvlinesize = 16 + 16 * ctx->is_444;
 754
 755         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_y[0], ptr_y,
 756                                linesize, ctx->m.linesize,
 757                                linesize / 2, 16,
 758                                0, 0, y_w, y_h);
 759         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[0][0], ptr_u,
 760                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 761                                uvlinesize / 2, 16,
 762                                0, 0, uv_w, uv_h);
 763         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[1][0], ptr_v,
 764                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 765                                uvlinesize / 2, 16,
 766                                0, 0, uv_w, uv_h);
 767
 768         dct_y_offset =  bw * linesize / 2;
 769         dct_uv_offset = bw * uvlinesize / 2;
 770         ptr_y = &ctx->edge_buf_y[0];
 771         ptr_u = &ctx->edge_buf_uv[0][0];
 772         ptr_v = &ctx->edge_buf_uv[1][0];
 773     }
 774
 775     if (!ctx->is_444) {
 776         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      linesize);
 777         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, linesize);
 778         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      uvlinesize);
 779         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      uvlinesize);
 780
 781         if (mb_y + 1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
 782             if (ctx->interlaced) {
 783                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4],
 784                                         ptr_y + dct_y_offset,
 785                                         linesize);
 786                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5],
 787                                         ptr_y + dct_y_offset + bw,
 788                                         linesize);
 789                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6],
 790                                         ptr_u + dct_uv_offset,
 791                                         uvlinesize);
 792                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7],
 793                                         ptr_v + dct_uv_offset,
 794                                         uvlinesize);
 795             } else {
 796                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[4]);
 797                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[5]);
 798                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[6]);
 799                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[7]);
 800             }
 801         } else {
 802             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[4],
 803                              ptr_y + dct_y_offset, linesize);
 804             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[5],
 805                              ptr_y + dct_y_offset + bw, linesize);
 806             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[6],
 807                              ptr_u + dct_uv_offset, uvlinesize);
 808             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[7],
 809                              ptr_v + dct_uv_offset, uvlinesize);
 810         }
 811     } else {
 812         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      linesize);
 813         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, linesize);
 814         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_y + dct_y_offset, linesize);
 815         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_y + dct_y_offset + bw, linesize);
 816
 817         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      uvlinesize);
 818         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_u + bw, uvlinesize);
 819         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[8], ptr_u + dct_uv_offset, uvlinesize);
 820         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[9], ptr_u + dct_uv_offset + bw, uvlinesize);
 821
 822         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_v,      uvlinesize);
 823         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_v + bw, uvlinesize);
 824         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[10], ptr_v + dct_uv_offset, uvlinesize);
 825         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[11], ptr_v + dct_uv_offset + bw, uvlinesize);
 826     }
 827 }
 828
 829 static av_always_inline
 830 int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
 831 {
 832     int x;
 833
 834     if (ctx->is_444) {
 835         x = (i >> 1) % 3;
 836     } else {
 837         const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
 838         x = component[i];
 839     }
 840     return x;
 841 }
 842
 843 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
 844                                   int jobnr, int threadnr)
 845 {
 846     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 847     int mb_y = jobnr, mb_x;
 848     int qscale = ctx->qscale;
 849     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
 850     ctx = ctx->thread[threadnr];
 851
 852     ctx->m.last_dc[0] =
 853     ctx->m.last_dc[1] =
 854     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
 855
 856     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 857         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 858         int ssd     = 0;
 859         int ac_bits = 0;
 860         int dc_bits = 0;
 861         int i;
 862
 863         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 864
 865         for (i = 0; i < 8 + 4 * ctx->is_444; i++) {
 866             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
 867             int overflow, nbits, diff, last_index;
 868             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 869
 870             memcpy(block, src_block, 64 * sizeof(*block));
 871             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block,
 872                                              ctx->is_444 ? 4 * (n > 0): 4 & (2*i),
 873                                              qscale, &overflow);
 874             ac_bits   += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
 875
 876             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
 877             if (diff < 0)
 878                 nbits = av_log2_16bit(-2 * diff);
 879             else
 880                 nbits = av_log2_16bit(2 * diff);
 881
 882             av_assert1(nbits < ctx->bit_depth + 4);
 883             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
 884
 885             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 886
 887             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
 888                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
 889                 ctx->m.idsp.idct(block);
 890                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
 891             }
 892         }
 893         ctx->mb_rc[(qscale * ctx->m.mb_num) + mb].ssd  = ssd;
 894         ctx->mb_rc[(qscale * ctx->m.mb_num) + mb].bits = ac_bits + dc_bits + 12 +
 895                                      (1 + ctx->is_444) * 8 * ctx->vlc_bits[0];
 896     }
 897     return 0;
 898 }
 899
 900 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
 901                                int jobnr, int threadnr)
 902 {
 903     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 904     int mb_y = jobnr, mb_x;
 905     ctx = ctx->thread[threadnr];
 906     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + ctx->data_offset + ctx->slice_offs[jobnr],
 907                   ctx->slice_size[jobnr]);
 908
 909     ctx->m.last_dc[0] =
 910     ctx->m.last_dc[1] =
 911     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
 912     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 913         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 914         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
 915         int i;
 916
 917         put_bits(&ctx->m.pb, 11, qscale);
 918         put_bits(&ctx->m.pb, 1, avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10);
 919
 920         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 921
 922         for (i = 0; i < 8 + 4 * ctx->is_444; i++) {
 923             int16_t *block = ctx->blocks[i];
 924             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 925             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block,
 926                                                  ctx->is_444 ? (((i >> 1) % 3) < 1 ? 0 : 4): 4 & (2*i),
 927                                                  qscale, &overflow);
 928             // START_TIMER;
 929             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
 930             // STOP_TIMER("encode_block");
 931         }
 932     }
 933     if (put_bits_count(&ctx->m.pb) & 31)
 934         put_bits(&ctx->m.pb, 32 - (put_bits_count(&ctx->m.pb) & 31), 0);
 935     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
 936     return 0;
 937 }
 938
 939 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
 940 {
 941     int mb_y, mb_x;
 942     int offset = 0;
 943     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
 944         int thread_size;
 945         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
 946         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
 947         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 948             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 949             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
 950         }
 951         ctx->slice_size[mb_y]   = (ctx->slice_size[mb_y] + 31) & ~31;
 952         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
 953         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
 954         offset += thread_size;
 955     }
 956 }
 957
 958 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
 959                                int jobnr, int threadnr)
 960 {
 961     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 962     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
 963     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
 964                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
 965
 966     ctx = ctx->thread[threadnr];
 967     if (ctx->bit_depth == 8) {
 968         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize);
 969         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
 970             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 971             int sum;
 972             int varc;
 973
 974             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16 && (avctx->width % 16) == 0) {
 975                 sum  = ctx->m.mpvencdsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
 976                 varc = ctx->m.mpvencdsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
 977             } else {
 978                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
 979                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
 980                 sum = varc = 0;
 981                 for (y = 0; y < bh; y++) {
 982                     for (x = 0; x < bw; x++) {
 983                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
 984                         sum  += val;
 985                         varc += val * val;
 986                     }
 987                 }
 988             }
 989             varc = (varc - (((unsigned) sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
 990
 991             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
 992             ctx->mb_cmp[mb].mb    = mb;
 993         }
 994     } else { // 10-bit
 995         const int linesize = ctx->m.linesize >> 1;
 996         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
 997             uint16_t *pix = (uint16_t *)ctx->thread[0]->src[0] +
 998                             ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
 999             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
1000             int sum = 0;
1001             int sqsum = 0;
1002             int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
1003             int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
1004             int mean, sqmean;
1005             int i, j;
1006             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
1007             for (i = 0; i < bh; ++i) {
1008                 for (j = 0; j < bw; ++j) {
1009                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
1010                     const int sample = (unsigned) pix[j] >> 6;
1011                     sum   += sample;
1012                     sqsum += sample * sample;
1013                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
1014                 }
1015                 pix += linesize;
1016             }
1017             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
1018             sqmean = sqsum >> 8;
1019             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
1020             ctx->mb_cmp[mb].mb    = mb;
1021         }
1022     }
1023     return 0;
1024 }
1025
1026 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
1027 {
1028     int lambda, up_step, down_step;
1029     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
1030     int x, y, q;
1031
1032     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
1033         ctx->qscale = q;
1034         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread,
1035                         NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1036     }
1037     up_step = down_step = 2 << LAMBDA_FRAC_BITS;
1038     lambda  = ctx->lambda;
1039
1040     for (;;) {
1041         int bits = 0;
1042         int end  = 0;
1043         if (lambda == last_higher) {
1044             lambda++;
1045             end = 1; // need to set final qscales/bits
1046         }
1047         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1048             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
1049                 unsigned min = UINT_MAX;
1050                 int qscale = 1;
1051                 int mb     = y * ctx->m.mb_width + x;
1052                 int rc = 0;
1053                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
1054                     int i = (q*ctx->m.mb_num) + mb;
1055                     unsigned score = ctx->mb_rc[i].bits * lambda +
1056                                      ((unsigned) ctx->mb_rc[i].ssd << LAMBDA_FRAC_BITS);
1057                     if (score < min) {
1058                         min    = score;
1059                         qscale = q;
1060                         rc = i;
1061                     }
1062                 }
1063                 bits += ctx->mb_rc[rc].bits;
1064                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
1065                 ctx->mb_bits[mb]   = ctx->mb_rc[rc].bits;
1066             }
1067             bits = (bits + 31) & ~31; // padding
1068             if (bits > ctx->frame_bits)
1069                 break;
1070         }
1071         if (end) {
1072             if (bits > ctx->frame_bits)
1073                 return AVERROR(EINVAL);
1074             break;
1075         }
1076         if (bits < ctx->frame_bits) {
1077             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
1078             if (last_higher != 0)
1079                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
1080             else
1081                 lambda -= down_step;
1082             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
1083             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
1084             lambda = FFMAX(1, lambda);
1085             if (lambda == last_lower)
1086                 break;
1087         } else {
1088             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
1089             if (last_lower != INT_MAX)
1090                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
1091             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
1092                 return AVERROR(EINVAL);
1093             else
1094                 lambda += up_step;
1095             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
1096             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
1097         }
1098     }
1099     ctx->lambda = lambda;
1100     return 0;
1101 }
1102
1103 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
1104 {
1105     int bits = 0;
1106     int up_step = 1;
1107     int down_step = 1;
1108     int last_higher = 0;
1109     int last_lower = INT_MAX;
1110     int qscale;
1111     int x, y;
1112
1113     qscale = ctx->qscale;
1114     for (;;) {
1115         bits = 0;
1116         ctx->qscale = qscale;
1117         // XXX avoid recalculating bits
1118         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread,
1119                                NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1120         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1121             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
1122                 bits += ctx->mb_rc[(qscale*ctx->m.mb_num) + (y*ctx->m.mb_width+x)].bits;
1123             bits = (bits+31)&~31; // padding
1124             if (bits > ctx->frame_bits)
1125                 break;
1126         }
1127         if (bits < ctx->frame_bits) {
1128             if (qscale == 1)
1129                 return 1;
1130             if (last_higher == qscale - 1) {
1131                 qscale = last_higher;
1132                 break;
1133             }
1134             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
1135             if (last_higher != 0)
1136                 qscale = (qscale + last_higher) >> 1;
1137             else
1138                 qscale -= down_step++;
1139             if (qscale < 1)
1140                 qscale = 1;
1141             up_step = 1;
1142         } else {
1143             if (last_lower == qscale + 1)
1144                 break;
1145             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
1146             if (last_lower != INT_MAX)
1147                 qscale = (qscale + last_lower) >> 1;
1148             else
1149                 qscale += up_step++;
1150             down_step = 1;
1151             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
1152                 return AVERROR(EINVAL);
1153         }
1154     }
1155     ctx->qscale = qscale;
1156     return 0;
1157 }
1158
1159 #define BUCKET_BITS 8
1160 #define RADIX_PASSES 4
1161 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
1162
1163 static inline int get_bucket(int value, int shift)
1164 {
1165     value >>= shift;
1166     value  &= NBUCKETS - 1;
1167     return NBUCKETS - 1 - value;
1168 }
1169
1170 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size,
1171                         int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
1172 {
1173     int i, j;
1174     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
1175     for (i = 0; i < size; i++) {
1176         int v = data[i].value;
1177         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
1178             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
1179             v >>= BUCKET_BITS;
1180         }
1181         av_assert1(!v);
1182     }
1183     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
1184         int offset = size;
1185         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
1186             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
1187         av_assert1(!buckets[j][0]);
1188     }
1189 }
1190
1191 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data,
1192                             int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
1193 {
1194     int shift = pass * BUCKET_BITS;
1195     int i;
1196     for (i = 0; i < size; i++) {
1197         int v   = get_bucket(data[i].value, shift);
1198         int pos = buckets[v]++;
1199         dst[pos] = data[i];
1200     }
1201 }
1202
1203 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, RCCMPEntry *tmp, int size)
1204 {
1205     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
1206     radix_count(data, size, buckets);
1207     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
1208     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
1209     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
1210         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
1211         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
1212     }
1213 }
1214
1215 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
1216 {
1217     int max_bits = 0;
1218     int ret, x, y;
1219     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
1220         return ret;
1221     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1222         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
1223             int mb = y * ctx->m.mb_width + x;
1224             int rc = (ctx->qscale * ctx->m.mb_num ) + mb;
1225             int delta_bits;
1226             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
1227             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[rc].bits;
1228             max_bits += ctx->mb_rc[rc].bits;
1229             if (!RC_VARIANCE) {
1230                 delta_bits = ctx->mb_rc[rc].bits -
1231                              ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1232                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
1233                 ctx->mb_cmp[mb].value =
1234                     delta_bits ? ((ctx->mb_rc[rc].ssd -
1235                                    ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].ssd) * 100) /
1236                                   delta_bits
1237                                : INT_MIN; // avoid increasing qscale
1238             }
1239         }
1240         max_bits += 31; // worst padding
1241     }
1242     if (!ret) {
1243         if (RC_VARIANCE)
1244             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread,
1245                             NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1246         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->mb_cmp_tmp, ctx->m.mb_num);
1247         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
1248             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
1249             int rc = (ctx->qscale * ctx->m.mb_num ) + mb;
1250             max_bits -= ctx->mb_rc[rc].bits -
1251                         ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1252             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale + 1;
1253             ctx->mb_bits[mb]   = ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1254         }
1255     }
1256     return 0;
1257 }
1258
1259 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
1260 {
1261     int i;
1262
1263     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
1264         ctx->thread[i]->m.linesize    = frame->linesize[0] << ctx->interlaced;
1265         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = frame->linesize[1] << ctx->interlaced;
1266         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
1267         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
1268     }
1269
1270 #if FF_API_CODED_FRAME
1271 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1272     ctx->m.avctx->coded_frame->interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
1273 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1274 #endif
1275     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
1276 }
1277
1278 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1279                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
1280 {
1281     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1282     int first_field = 1;
1283     int offset, i, ret;
1284     uint8_t *buf;
1285
1286     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->frame_size, 0)) < 0)
1287         return ret;
1288     buf = pkt->data;
1289
1290     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
1291
1292 encode_coding_unit:
1293     for (i = 0; i < 3; i++) {
1294         ctx->src[i] = frame->data[i];
1295         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
1296             ctx->src[i] += frame->linesize[i];
1297     }
1298
1299     dnxhd_write_header(avctx, buf);
1300
1301     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
1302         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
1303     else
1304         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
1305     if (ret < 0) {
1306         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1307                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
1308         return ret;
1309     }
1310
1311     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
1312
1313     offset = 0;
1314     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
1315         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
1316         offset += ctx->slice_size[i];
1317         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
1318     }
1319
1320     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
1321
1322     av_assert1(ctx->data_offset + offset + 4 <= ctx->coding_unit_size);
1323     memset(buf + ctx->data_offset + offset, 0,
1324            ctx->coding_unit_size - 4 - offset - ctx->data_offset);
1325
1326     AV_WB32(buf + ctx->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
1327
1328     if (ctx->interlaced && first_field) {
1329         first_field     = 0;
1330         ctx->cur_field ^= 1;
1331         buf            += ctx->coding_unit_size;
1332         goto encode_coding_unit;
1333     }
1334
1335 #if FF_API_CODED_FRAME
1336 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1337     avctx->coded_frame->quality = ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA;
1338 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1339 #endif
1340
1341     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt, ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, AV_PICTURE_TYPE_I);
1342
1343     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1344     *got_packet = 1;
1345     return 0;
1346 }
1347
1348 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1349 {
1350     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1351     int i;
1352
1353     av_freep(&ctx->orig_vlc_codes);
1354     av_freep(&ctx->orig_vlc_bits);
1355     av_freep(&ctx->run_codes);
1356     av_freep(&ctx->run_bits);
1357
1358     av_freep(&ctx->mb_bits);
1359     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1360     av_freep(&ctx->mb_rc);
1361     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1362     av_freep(&ctx->mb_cmp_tmp);
1363     av_freep(&ctx->slice_size);
1364     av_freep(&ctx->slice_offs);
1365
1366     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1367     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1368     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1369     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1370
1371     if (avctx->active_thread_type == FF_THREAD_SLICE) {
1372         for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1373             av_freep(&ctx->thread[i]);
1374     }
1375
1376     return 0;
1377 }
1378
1379 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1380     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1381     { NULL },
1382 };
1383
1384 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1385     .name           = "dnxhd",
1386     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1387     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1388     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1389     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1390     .init           = dnxhd_encode_init,
1391     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1392     .close          = dnxhd_encode_end,
1393     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SLICE_THREADS | AV_CODEC_CAP_FRAME_THREADS | AV_CODEC_CAP_INTRA_ONLY,
1394     .caps_internal  = FF_CODEC_CAP_INIT_CLEANUP,
1395     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
1396         AV_PIX_FMT_YUV422P,
1397         AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1398         AV_PIX_FMT_YUV444P10,
1399         AV_PIX_FMT_GBRP10,
1400         AV_PIX_FMT_NONE
1401     },
1402     .priv_class     = &dnxhd_class,
1403     .defaults       = dnxhd_defaults,
1404     .profiles       = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_dnxhd_profiles),
1405 };