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

   1 /*
   2  * VC3/DNxHD encoder
   3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
   4  *
   5  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 //#define DEBUG
  25 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
  26
  27 #include "libavutil/opt.h"
  28 #include "avcodec.h"
  29 #include "dsputil.h"
  30 #include "mpegvideo.h"
  31 #include "mpegvideo_common.h"
  32 #include "dnxhdenc.h"
  33
  34 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
  35
  36 static const AVOption options[]={
  37     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), FF_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 0}, 0, 1, VE},
  38 {NULL}
  39 };
  40 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
  41
  42 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
  43
  44 static av_always_inline void dnxhd_get_pixels_8x4(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
  45 {
  46     int i;
  47     for (i = 0; i < 4; i++) {
  48         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
  49         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
  50         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
  51         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
  52         pixels += line_size;
  53         block += 8;
  54     }
  55     memcpy(block   , block- 8, sizeof(*block)*8);
  56     memcpy(block+ 8, block-16, sizeof(*block)*8);
  57     memcpy(block+16, block-24, sizeof(*block)*8);
  58     memcpy(block+24, block-32, sizeof(*block)*8);
  59 }
  60
  61 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
  62 {
  63     int i, j, level, run;
  64     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
  65
  66     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
  67     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits , max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits ), fail);
  68     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2                               , fail);
  69     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits , 63                                 , fail);
  70
  71     ctx->vlc_codes += max_level*2;
  72     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
  73     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
  74         for (run = 0; run < 2; run++) {
  75             int index = (level<<1)|run;
  76             int sign, offset = 0, alevel = level;
  77
  78             MASK_ABS(sign, alevel);
  79             if (alevel > 64) {
  80                 offset = (alevel-1)>>6;
  81                 alevel -= offset<<6;
  82             }
  83             for (j = 0; j < 257; j++) {
  84                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] == alevel &&
  85                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_index_flag[j] && offset)) &&
  86                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_run_flag  [j] && run))) {
  87                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
  88                     if (alevel) {
  89                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
  90                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
  91                     } else {
  92                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
  93                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
  94                     }
  95                     break;
  96                 }
  97             }
  98             assert(!alevel || j < 257);
  99             if (offset) {
 100                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
 101                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
 102             }
 103         }
 104     }
 105     for (i = 0; i < 62; i++) {
 106         int run = ctx->cid_table->run[i];
 107         assert(run < 63);
 108         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
 109         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
 110     }
 111     return 0;
 112  fail:
 113     return -1;
 114 }
 115
 116 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
 117 {
 118     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
 119     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
 120     int qscale, i;
 121
 122     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
 123     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int)     , fail);
 124     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
 125     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
 126
 127     for (i = 1; i < 64; i++) {
 128         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 129         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
 130     }
 131     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
 132                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
 133     for (i = 1; i < 64; i++) {
 134         int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 135         weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
 136     }
 137     ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
 138                       ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
 139     for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 140         for (i = 0; i < 64; i++) {
 141             ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
 142             ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
 143             ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
 144         }
 145     }
 146     return 0;
 147  fail:
 148     return -1;
 149 }
 150
 151 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
 152 {
 153     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
 154     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
 155         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
 156
 157     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
 158     ctx->qscale = 1;
 159     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
 160     return 0;
 161  fail:
 162     return -1;
 163 }
 164
 165 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 166 {
 167     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 168     int i, index;
 169
 170     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx);
 171     if (!ctx->cid || avctx->pix_fmt != PIX_FMT_YUV422P) {
 172         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
 173         return -1;
 174     }
 175     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
 176
 177     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
 178     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
 179
 180     ctx->m.avctx = avctx;
 181     ctx->m.mb_intra = 1;
 182     ctx->m.h263_aic = 1;
 183
 184     ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_get_pixels_8x4;
 185
 186     dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
 187     ff_dct_common_init(&ctx->m);
 188 #if HAVE_MMX
 189     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
 190 #endif
 191     if (!ctx->m.dct_quantize)
 192         ctx->m.dct_quantize = dct_quantize_c;
 193
 194     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
 195     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
 196
 197     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 198         ctx->interlaced = 1;
 199         ctx->m.mb_height /= 2;
 200     }
 201
 202     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
 203
 204     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
 205         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
 206     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
 207         return -1;
 208
 209     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
 210     if (ctx->nitris_compat)
 211         ctx->min_padding = 1600;
 212
 213     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
 214         return -1;
 215     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
 216         return -1;
 217
 218     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
 219     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
 220     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
 221     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t) , fail);
 222
 223     ctx->frame.key_frame = 1;
 224     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 225     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
 226
 227     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
 228         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
 229         return -1;
 230     }
 231
 232     ctx->thread[0] = ctx;
 233     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
 234         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
 235         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
 236     }
 237
 238     return 0;
 239  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
 240     return -1;
 241 }
 242
 243 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
 244 {
 245     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 246     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
 247
 248     memset(buf, 0, 640);
 249
 250     memcpy(buf, header_prefix, 5);
 251     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
 252     buf[6] = 0x80; // crc flag off
 253     buf[7] = 0xa0; // reserved
 254     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
 255     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
 256     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
 257
 258     buf[0x21] = 0x38; // FIXME 8 bit per comp
 259     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
 260     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
 261     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
 262
 263     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
 264
 265     buf[0x167] = 0x02; // reserved
 266     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
 267     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
 268     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
 269
 270     ctx->msip = buf + 0x170;
 271     return 0;
 272 }
 273
 274 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
 275 {
 276     int nbits;
 277     if (diff < 0) {
 278         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
 279         diff--;
 280     } else {
 281         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
 282     }
 283     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
 284              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
 285 }
 286
 287 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
 288 {
 289     int last_non_zero = 0;
 290     int slevel, i, j;
 291
 292     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
 293     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 294
 295     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 296         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 297         slevel = block[j];
 298         if (slevel) {
 299             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 300             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
 301             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
 302             if (run_level)
 303                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
 304             last_non_zero = i;
 305         }
 306     }
 307     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
 308 }
 309
 310 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
 311 {
 312     const uint8_t *weight_matrix;
 313     int level;
 314     int i;
 315
 316     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
 317
 318     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 319         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 320         level = block[j];
 321         if (level) {
 322             if (level < 0) {
 323                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
 324                 if (weight_matrix[i] != 32)
 325                     level += 32;
 326                 level >>= 6;
 327                 level = -level;
 328             } else {
 329                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
 330                 if (weight_matrix[i] != 32)
 331                     level += 32;
 332                 level >>= 6;
 333             }
 334             block[j] = level;
 335         }
 336     }
 337 }
 338
 339 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
 340 {
 341     int score = 0;
 342     int i;
 343     for (i = 0; i < 64; i++)
 344         score += (block[i]-qblock[i])*(block[i]-qblock[i]);
 345     return score;
 346 }
 347
 348 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
 349 {
 350     int last_non_zero = 0;
 351     int bits = 0;
 352     int i, j, level;
 353     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 354         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 355         level = block[j];
 356         if (level) {
 357             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 358             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
 359             last_non_zero = i;
 360         }
 361     }
 362     return bits;
 363 }
 364
 365 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
 366 {
 367     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << 4);
 368     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
 369     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << 3);
 370     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
 371
 372     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y    , ctx->m.linesize);
 373     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + 8, ctx->m.linesize);
 374     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u    , ctx->m.uvlinesize);
 375     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v    , ctx->m.uvlinesize);
 376
 377     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
 378         if (ctx->interlaced) {
 379             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
 380             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
 381             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 382             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 383         } else {
 384             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]); dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
 385             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]); dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
 386         }
 387     } else {
 388         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset    , ctx->m.linesize);
 389         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + 8, ctx->m.linesize);
 390         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 391         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset   , ctx->m.uvlinesize);
 392     }
 393 }
 394
 395 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
 396 {
 397     if (i&2) {
 398         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
 399         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
 400         return 1 + (i&1);
 401     } else {
 402         ctx->m.q_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_l16;
 403         ctx->m.q_intra_matrix   = ctx->qmatrix_l;
 404         return 0;
 405     }
 406 }
 407
 408 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
 409 {
 410     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 411     int mb_y = jobnr, mb_x;
 412     int qscale = ctx->qscale;
 413     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
 414     ctx = ctx->thread[threadnr];
 415
 416     ctx->m.last_dc[0] =
 417     ctx->m.last_dc[1] =
 418     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
 419
 420     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 421         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 422         int ssd     = 0;
 423         int ac_bits = 0;
 424         int dc_bits = 0;
 425         int i;
 426
 427         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 428
 429         for (i = 0; i < 8; i++) {
 430             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
 431             int overflow, nbits, diff, last_index;
 432             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 433
 434             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
 435             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
 436             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
 437
 438             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
 439             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
 440             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
 441             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
 442
 443             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 444
 445             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
 446                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
 447                 ctx->m.dsp.idct(block);
 448                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
 449             }
 450         }
 451         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
 452         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
 453     }
 454     return 0;
 455 }
 456
 457 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
 458 {
 459     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 460     int mb_y = jobnr, mb_x;
 461     ctx = ctx->thread[threadnr];
 462     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
 463
 464     ctx->m.last_dc[0] =
 465     ctx->m.last_dc[1] =
 466     ctx->m.last_dc[2] = 1024;
 467     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 468         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 469         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
 470         int i;
 471
 472         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
 473
 474         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 475
 476         for (i = 0; i < 8; i++) {
 477             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
 478             int last_index, overflow;
 479             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 480             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, i, qscale, &overflow);
 481             //START_TIMER;
 482             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
 483             //STOP_TIMER("encode_block");
 484         }
 485     }
 486     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
 487         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
 488     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
 489     return 0;
 490 }
 491
 492 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
 493 {
 494     int mb_y, mb_x;
 495     int offset = 0;
 496     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
 497         int thread_size;
 498         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
 499             ctx->slice_size[mb_y] = 0;
 500             for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 501                 unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 502                 ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
 503             }
 504             ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
 505             ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
 506             thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
 507         offset += thread_size;
 508     }
 509 }
 510
 511 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
 512 {
 513     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 514     int mb_y = jobnr, mb_x;
 515     ctx = ctx->thread[threadnr];
 516     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 517         unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 518         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize) + (mb_x<<4);
 519         int sum      = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
 520         int varc     = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)(sum*sum))>>8)+128)>>8;
 521         ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
 522         ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 523     }
 524     return 0;
 525 }
 526
 527 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
 528 {
 529     int lambda, up_step, down_step;
 530     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
 531     int x, y, q;
 532
 533     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
 534         ctx->qscale = q;
 535         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
 536     }
 537     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 538     lambda = ctx->lambda;
 539
 540     for (;;) {
 541         int bits = 0;
 542         int end = 0;
 543         if (lambda == last_higher) {
 544             lambda++;
 545             end = 1; // need to set final qscales/bits
 546         }
 547         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 548             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
 549                 unsigned min = UINT_MAX;
 550                 int qscale = 1;
 551                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
 552                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
 553                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+(ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
 554                     if (score < min) {
 555                         min = score;
 556                         qscale = q;
 557                     }
 558                 }
 559                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
 560                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
 561                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
 562             }
 563             bits = (bits+31)&~31; // padding
 564             if (bits > ctx->frame_bits)
 565                 break;
 566         }
 567         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
 568         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
 569         if (end) {
 570             if (bits > ctx->frame_bits)
 571                 return -1;
 572             break;
 573         }
 574         if (bits < ctx->frame_bits) {
 575             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
 576             if (last_higher != 0)
 577                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
 578             else
 579                 lambda -= down_step;
 580             down_step *= 5; // XXX tune ?
 581             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 582             lambda = FFMAX(1, lambda);
 583             if (lambda == last_lower)
 584                 break;
 585         } else {
 586             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
 587             if (last_lower != INT_MAX)
 588                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
 589             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
 590                 return -1;
 591             else
 592                 lambda += up_step;
 593             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
 594             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
 595         }
 596     }
 597     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
 598     ctx->lambda = lambda;
 599     return 0;
 600 }
 601
 602 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
 603 {
 604     int bits = 0;
 605     int up_step = 1;
 606     int down_step = 1;
 607     int last_higher = 0;
 608     int last_lower = INT_MAX;
 609     int qscale;
 610     int x, y;
 611
 612     qscale = ctx->qscale;
 613     for (;;) {
 614         bits = 0;
 615         ctx->qscale = qscale;
 616         // XXX avoid recalculating bits
 617         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
 618         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 619             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
 620                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
 621             bits = (bits+31)&~31; // padding
 622             if (bits > ctx->frame_bits)
 623                 break;
 624         }
 625         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
 626         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
 627         if (bits < ctx->frame_bits) {
 628             if (qscale == 1)
 629                 return 1;
 630             if (last_higher == qscale - 1) {
 631                 qscale = last_higher;
 632                 break;
 633             }
 634             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
 635             if (last_higher != 0)
 636                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
 637             else
 638                 qscale -= down_step++;
 639             if (qscale < 1)
 640                 qscale = 1;
 641             up_step = 1;
 642         } else {
 643             if (last_lower == qscale + 1)
 644                 break;
 645             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
 646             if (last_lower != INT_MAX)
 647                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
 648             else
 649                 qscale += up_step++;
 650             down_step = 1;
 651             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
 652                 return -1;
 653         }
 654     }
 655     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
 656     ctx->qscale = qscale;
 657     return 0;
 658 }
 659
 660 #define BUCKET_BITS 8
 661 #define RADIX_PASSES 4
 662 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
 663
 664 static inline int get_bucket(int value, int shift)
 665 {
 666     value >>= shift;
 667     value &= NBUCKETS - 1;
 668     return NBUCKETS - 1 - value;
 669 }
 670
 671 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
 672 {
 673     int i, j;
 674     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
 675     for (i = 0; i < size; i++) {
 676         int v = data[i].value;
 677         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
 678             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
 679             v >>= BUCKET_BITS;
 680         }
 681         assert(!v);
 682     }
 683     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
 684         int offset = size;
 685         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
 686             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
 687         assert(!buckets[j][0]);
 688     }
 689 }
 690
 691 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
 692 {
 693     int shift = pass * BUCKET_BITS;
 694     int i;
 695     for (i = 0; i < size; i++) {
 696         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
 697         int pos = buckets[v]++;
 698         dst[pos] = data[i];
 699     }
 700 }
 701
 702 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
 703 {
 704     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
 705     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
 706     radix_count(data, size, buckets);
 707     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
 708     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
 709     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
 710         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
 711         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
 712     }
 713     av_free(tmp);
 714 }
 715
 716 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
 717 {
 718     int max_bits = 0;
 719     int ret, x, y;
 720     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
 721         return -1;
 722     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
 723         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
 724             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
 725             int delta_bits;
 726             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
 727             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
 728             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
 729             if (!RC_VARIANCE) {
 730                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 731                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
 732                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
 733                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
 734                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
 735             }
 736         }
 737         max_bits += 31; //worst padding
 738     }
 739     if (!ret) {
 740         if (RC_VARIANCE)
 741             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
 742         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
 743         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
 744             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
 745             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 746             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
 747             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
 748         }
 749     }
 750     return 0;
 751 }
 752
 753 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
 754 {
 755     int i;
 756
 757     for (i = 0; i < 3; i++) {
 758         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
 759         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
 760     }
 761
 762     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
 763         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
 764         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
 765         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
 766         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
 767     }
 768
 769     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
 770     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
 771 }
 772
 773 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, unsigned char *buf, int buf_size, void *data)
 774 {
 775     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 776     int first_field = 1;
 777     int offset, i, ret;
 778
 779     if (buf_size < ctx->cid_table->frame_size) {
 780         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "output buffer is too small to compress picture\n");
 781         return -1;
 782     }
 783
 784     dnxhd_load_picture(ctx, data);
 785
 786  encode_coding_unit:
 787     for (i = 0; i < 3; i++) {
 788         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
 789         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
 790             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
 791     }
 792
 793     dnxhd_write_header(avctx, buf);
 794
 795     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
 796         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
 797     else
 798         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
 799     if (ret < 0) {
 800         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 801                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
 802         return -1;
 803     }
 804
 805     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
 806
 807     offset = 0;
 808     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
 809         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
 810         offset += ctx->slice_size[i];
 811         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
 812     }
 813
 814     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
 815
 816     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
 817     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
 818
 819     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
 820
 821     if (ctx->interlaced && first_field) {
 822         first_field     = 0;
 823         ctx->cur_field ^= 1;
 824         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
 825         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
 826         goto encode_coding_unit;
 827     }
 828
 829     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
 830
 831     return ctx->cid_table->frame_size;
 832 }
 833
 834 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
 835 {
 836     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 837     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
 838     int i;
 839
 840     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
 841     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
 842     av_freep(&ctx->run_codes);
 843     av_freep(&ctx->run_bits);
 844
 845     av_freep(&ctx->mb_bits);
 846     av_freep(&ctx->mb_qscale);
 847     av_freep(&ctx->mb_rc);
 848     av_freep(&ctx->mb_cmp);
 849     av_freep(&ctx->slice_size);
 850     av_freep(&ctx->slice_offs);
 851
 852     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
 853     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
 854     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
 855     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
 856
 857     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
 858         av_freep(&ctx->thread[i]);
 859
 860     return 0;
 861 }
 862
 863 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
 864     "dnxhd",
 865     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 866     CODEC_ID_DNXHD,
 867     sizeof(DNXHDEncContext),
 868     dnxhd_encode_init,
 869     dnxhd_encode_picture,
 870     dnxhd_encode_end,
 871     .capabilities = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
 872     .pix_fmts = (const enum PixelFormat[]){PIX_FMT_YUV422P, PIX_FMT_NONE},
 873     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
 874     .priv_class = &class,
 875 };