]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/dnxhdenc.c
Merge remote-tracking branch 'qatar/master'
[ffmpeg] / libavcodec / dnxhdenc.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD encoder
3  * Copyright (c) 2007 Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
5  *
6  * VC-3 encoder funded by the British Broadcasting Corporation
7  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
8  *
9  * This file is part of FFmpeg.
10  *
11  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
12  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
13  * License as published by the Free Software Foundation; either
14  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
15  *
16  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
17  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
18  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
19  * Lesser General Public License for more details.
20  *
21  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
22  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
23  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
24  */
25
26 //#define DEBUG
27 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
28
29 #include "libavutil/opt.h"
30 #include "avcodec.h"
31 #include "dsputil.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "mpegvideo.h"
34 #include "mpegvideo_common.h"
35 #include "dnxhdenc.h"
36 #include "internal.h"
37
38 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
39 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
40
41 static const AVOption options[]={
42     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.dbl = 0}, 0, 1, VE},
43 {NULL}
44 };
45 static const AVClass class = { "dnxhd", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
46
47 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
48
49 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
50 {
51     int i;
52     for (i = 0; i < 4; i++) {
53         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
54         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
55         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
56         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
57         pixels += line_size;
58         block += 8;
59     }
60     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
61     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
62     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
63     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
64 }
65
66 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(DCTELEM *restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
67 {
68     int i;
69
70     block += 32;
71
72     for (i = 0; i < 4; i++) {
73         memcpy(block + i     * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
74         memcpy(block - (i+1) * 8, pixels + i * line_size, 8 * sizeof(*block));
75     }
76 }
77
78 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, DCTELEM *block,
79                                     int n, int qscale, int *overflow)
80 {
81     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
82     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
83     int last_non_zero = 0;
84     int i;
85
86     ctx->dsp.fdct(block);
87
88     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
89     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
90
91     for (i = 1; i < 64; ++i) {
92         int j = scantable[i];
93         int sign = block[j] >> 31;
94         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
95         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
96         block[j] = (level ^ sign) - sign;
97         if (level)
98             last_non_zero = i;
99     }
100
101     return last_non_zero;
102 }
103
104 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
105 {
106     int i, j, level, run;
107     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
108
109     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
110     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
111     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
112     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
113
114     ctx->vlc_codes += max_level*2;
115     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
116     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
117         for (run = 0; run < 2; run++) {
118             int index = (level<<1)|run;
119             int sign, offset = 0, alevel = level;
120
121             MASK_ABS(sign, alevel);
122             if (alevel > 64) {
123                 offset = (alevel-1)>>6;
124                 alevel -= offset<<6;
125             }
126             for (j = 0; j < 257; j++) {
127                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] >> 1 == alevel &&
128                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 1) && offset) &&
129                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 2) && run)) {
130                     assert(!ctx->vlc_codes[index]);
131                     if (alevel) {
132                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
133                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
134                     } else {
135                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
136                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
137                     }
138                     break;
139                 }
140             }
141             assert(!alevel || j < 257);
142             if (offset) {
143                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
144                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
145             }
146         }
147     }
148     for (i = 0; i < 62; i++) {
149         int run = ctx->cid_table->run[i];
150         assert(run < 63);
151         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
152         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
153     }
154     return 0;
155  fail:
156     return -1;
157 }
158
159 static int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
160 {
161     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
162     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
163     int qscale, i;
164     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
165     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
166
167     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
168     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
169     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
170     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
171
172     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
173         for (i = 1; i < 64; i++) {
174             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
175             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
176         }
177         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
178                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
179         for (i = 1; i < 64; i++) {
180             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
181             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
182         }
183         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
184                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
185
186         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
187             for (i = 0; i < 64; i++) {
188                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
189                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
190                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
191             }
192         }
193     } else {
194         // 10-bit
195         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
196             for (i = 1; i < 64; i++) {
197                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
198
199                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
200                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
201                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
202                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
203                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
204                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
205                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
206                 // For 10-bit samples, p / s == 2
207                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
208                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
209             }
210         }
211     }
212
213     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
214     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
215     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
216     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
217
218     return 0;
219  fail:
220     return -1;
221 }
222
223 static int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
224 {
225     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
226     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
227         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
228
229     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
230     ctx->qscale = 1;
231     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
232     return 0;
233  fail:
234     return -1;
235 }
236
237 static int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
238 {
239     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
240     int i, index, bit_depth;
241
242     switch (avctx->pix_fmt) {
243     case PIX_FMT_YUV422P:
244         bit_depth = 8;
245         break;
246     case PIX_FMT_YUV422P10:
247         bit_depth = 10;
248         break;
249     default:
250         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
251         return -1;
252     }
253
254     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
255     if (!ctx->cid) {
256         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD\n");
257         return -1;
258     }
259     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
260
261     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
262     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
263
264     ctx->m.avctx = avctx;
265     ctx->m.mb_intra = 1;
266     ctx->m.h263_aic = 1;
267
268     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
269
270     ff_dsputil_init(&ctx->m.dsp, avctx);
271     ff_dct_common_init(&ctx->m);
272     if (!ctx->m.dct_quantize)
273         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
274
275     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
276        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
277        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
278        ctx->block_width_l2 = 4;
279     } else {
280        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
281        ctx->block_width_l2 = 3;
282     }
283
284 #if HAVE_MMX
285     ff_dnxhd_init_mmx(ctx);
286 #endif
287
288     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
289     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
290
291     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
292         ctx->interlaced = 1;
293         ctx->m.mb_height /= 2;
294     }
295
296     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
297
298     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
299         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
300     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
301         return -1;
302
303     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
304     if (ctx->nitris_compat)
305         ctx->min_padding = 1600;
306
307     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
308         return -1;
309     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
310         return -1;
311
312     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
313     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
314     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
315     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
316
317     ctx->frame.key_frame = 1;
318     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
319     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
320
321     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
322         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
323         return -1;
324     }
325
326     ctx->thread[0] = ctx;
327     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
328         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
329         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
330     }
331
332     return 0;
333  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
334     return -1;
335 }
336
337 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
338 {
339     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
340     const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
341
342     memset(buf, 0, 640);
343
344     memcpy(buf, header_prefix, 5);
345     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
346     buf[6] = 0x80; // crc flag off
347     buf[7] = 0xa0; // reserved
348     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
349     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
350     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
351
352     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
353     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
354     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
355     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
356
357     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
358
359     buf[0x167] = 0x02; // reserved
360     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
361     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
362     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
363
364     ctx->msip = buf + 0x170;
365     return 0;
366 }
367
368 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
369 {
370     int nbits;
371     if (diff < 0) {
372         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
373         diff--;
374     } else {
375         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
376     }
377     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
378              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
379 }
380
381 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index, int n)
382 {
383     int last_non_zero = 0;
384     int slevel, i, j;
385
386     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
387     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
388
389     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
390         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
391         slevel = block[j];
392         if (slevel) {
393             int run_level = i - last_non_zero - 1;
394             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
395             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
396             if (run_level)
397                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
398             last_non_zero = i;
399         }
400     }
401     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
402 }
403
404 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale, int last_index)
405 {
406     const uint8_t *weight_matrix;
407     int level;
408     int i;
409
410     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
411
412     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
413         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
414         level = block[j];
415         if (level) {
416             if (level < 0) {
417                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
418                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
419                     if (weight_matrix[i] != 8)
420                         level += 8;
421                     level >>= 4;
422                 } else {
423                     if (weight_matrix[i] != 32)
424                         level += 32;
425                     level >>= 6;
426                 }
427                 level = -level;
428             } else {
429                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
430                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
431                     if (weight_matrix[i] != 8)
432                         level += 8;
433                     level >>= 4;
434                 } else {
435                     if (weight_matrix[i] != 32)
436                         level += 32;
437                     level >>= 6;
438                 }
439             }
440             block[j] = level;
441         }
442     }
443 }
444
445 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(DCTELEM *qblock, DCTELEM *block)
446 {
447     int score = 0;
448     int i;
449     for (i = 0; i < 64; i++)
450         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
451     return score;
452 }
453
454 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, DCTELEM *block, int last_index)
455 {
456     int last_non_zero = 0;
457     int bits = 0;
458     int i, j, level;
459     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
460         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
461         level = block[j];
462         if (level) {
463             int run_level = i - last_non_zero - 1;
464             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
465             last_non_zero = i;
466         }
467     }
468     return bits;
469 }
470
471 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
472 {
473     const int bs = ctx->block_width_l2;
474     const int bw = 1 << bs;
475     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
476     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
477     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
478     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
479
480     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
481     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
482     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
483     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
484
485     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
486         if (ctx->interlaced) {
487             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
488             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
489             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
490             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
491         } else {
492             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
493             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
494             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
495             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
496         }
497     } else {
498         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
499         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
500         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
501         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
502     }
503 }
504
505 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
506 {
507     const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
508     return component[i];
509 }
510
511 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
512 {
513     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
514     int mb_y = jobnr, mb_x;
515     int qscale = ctx->qscale;
516     LOCAL_ALIGNED_16(DCTELEM, block, [64]);
517     ctx = ctx->thread[threadnr];
518
519     ctx->m.last_dc[0] =
520     ctx->m.last_dc[1] =
521     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
522
523     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
524         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
525         int ssd     = 0;
526         int ac_bits = 0;
527         int dc_bits = 0;
528         int i;
529
530         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
531
532         for (i = 0; i < 8; i++) {
533             DCTELEM *src_block = ctx->blocks[i];
534             int overflow, nbits, diff, last_index;
535             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
536
537             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
538             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
539             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
540
541             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
542             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
543             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
544
545             assert(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
546             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
547
548             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
549
550             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
551                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
552                 ctx->m.dsp.idct(block);
553                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
554             }
555         }
556         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
557         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
558     }
559     return 0;
560 }
561
562 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
563 {
564     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
565     int mb_y = jobnr, mb_x;
566     ctx = ctx->thread[threadnr];
567     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
568
569     ctx->m.last_dc[0] =
570     ctx->m.last_dc[1] =
571     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
572     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
573         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
574         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
575         int i;
576
577         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
578
579         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
580
581         for (i = 0; i < 8; i++) {
582             DCTELEM *block = ctx->blocks[i];
583             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
584             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
585             //START_TIMER;
586             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
587             //STOP_TIMER("encode_block");
588         }
589     }
590     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
591         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
592     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
593     return 0;
594 }
595
596 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
597 {
598     int mb_y, mb_x;
599     int offset = 0;
600     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
601         int thread_size;
602         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
603         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
604         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
605             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
606             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
607         }
608         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
609         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
610         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
611         offset += thread_size;
612     }
613 }
614
615 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
616 {
617     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
618     int mb_y = jobnr, mb_x;
619     ctx = ctx->thread[threadnr];
620     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
621         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
622         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
623             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
624             int sum = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
625             int varc = (ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize) - (((unsigned)sum*sum)>>8)+128)>>8;
626             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
627             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
628         }
629     } else { // 10-bit
630         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
631         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
632             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
633             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
634             int sum = 0;
635             int sqsum = 0;
636             int mean, sqmean;
637             int i, j;
638             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
639             for (i = 0; i < 16; ++i) {
640                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
641                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
642                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
643                     sum += sample;
644                     sqsum += sample * sample;
645                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
646                 }
647                 pix += linesize;
648             }
649             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
650             sqmean = sqsum >> 8;
651             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
652             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
653         }
654     }
655     return 0;
656 }
657
658 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
659 {
660     int lambda, up_step, down_step;
661     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
662     int x, y, q;
663
664     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
665         ctx->qscale = q;
666         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
667     }
668     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
669     lambda = ctx->lambda;
670
671     for (;;) {
672         int bits = 0;
673         int end = 0;
674         if (lambda == last_higher) {
675             lambda++;
676             end = 1; // need to set final qscales/bits
677         }
678         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
679             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
680                 unsigned min = UINT_MAX;
681                 int qscale = 1;
682                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
683                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
684                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
685                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
686                     if (score < min) {
687                         min = score;
688                         qscale = q;
689                     }
690                 }
691                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
692                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
693                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
694             }
695             bits = (bits+31)&~31; // padding
696             if (bits > ctx->frame_bits)
697                 break;
698         }
699         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
700         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
701         if (end) {
702             if (bits > ctx->frame_bits)
703                 return -1;
704             break;
705         }
706         if (bits < ctx->frame_bits) {
707             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
708             if (last_higher != 0)
709                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
710             else
711                 lambda -= down_step;
712             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
713             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
714             lambda = FFMAX(1, lambda);
715             if (lambda == last_lower)
716                 break;
717         } else {
718             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
719             if (last_lower != INT_MAX)
720                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
721             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
722                 return -1;
723             else
724                 lambda += up_step;
725             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
726             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
727         }
728     }
729     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
730     ctx->lambda = lambda;
731     return 0;
732 }
733
734 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
735 {
736     int bits = 0;
737     int up_step = 1;
738     int down_step = 1;
739     int last_higher = 0;
740     int last_lower = INT_MAX;
741     int qscale;
742     int x, y;
743
744     qscale = ctx->qscale;
745     for (;;) {
746         bits = 0;
747         ctx->qscale = qscale;
748         // XXX avoid recalculating bits
749         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
750         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
751             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
752                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
753             bits = (bits+31)&~31; // padding
754             if (bits > ctx->frame_bits)
755                 break;
756         }
757         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
758         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
759         if (bits < ctx->frame_bits) {
760             if (qscale == 1)
761                 return 1;
762             if (last_higher == qscale - 1) {
763                 qscale = last_higher;
764                 break;
765             }
766             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
767             if (last_higher != 0)
768                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
769             else
770                 qscale -= down_step++;
771             if (qscale < 1)
772                 qscale = 1;
773             up_step = 1;
774         } else {
775             if (last_lower == qscale + 1)
776                 break;
777             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
778             if (last_lower != INT_MAX)
779                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
780             else
781                 qscale += up_step++;
782             down_step = 1;
783             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
784                 return -1;
785         }
786     }
787     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
788     ctx->qscale = qscale;
789     return 0;
790 }
791
792 #define BUCKET_BITS 8
793 #define RADIX_PASSES 4
794 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
795
796 static inline int get_bucket(int value, int shift)
797 {
798     value >>= shift;
799     value &= NBUCKETS - 1;
800     return NBUCKETS - 1 - value;
801 }
802
803 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
804 {
805     int i, j;
806     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
807     for (i = 0; i < size; i++) {
808         int v = data[i].value;
809         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
810             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
811             v >>= BUCKET_BITS;
812         }
813         assert(!v);
814     }
815     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
816         int offset = size;
817         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
818             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
819         assert(!buckets[j][0]);
820     }
821 }
822
823 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
824 {
825     int shift = pass * BUCKET_BITS;
826     int i;
827     for (i = 0; i < size; i++) {
828         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
829         int pos = buckets[v]++;
830         dst[pos] = data[i];
831     }
832 }
833
834 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
835 {
836     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
837     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
838     radix_count(data, size, buckets);
839     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
840     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
841     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
842         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
843         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
844     }
845     av_free(tmp);
846 }
847
848 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
849 {
850     int max_bits = 0;
851     int ret, x, y;
852     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
853         return -1;
854     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
855         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
856             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
857             int delta_bits;
858             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
859             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
860             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
861             if (!RC_VARIANCE) {
862                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
863                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
864                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
865                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
866                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
867             }
868         }
869         max_bits += 31; //worst padding
870     }
871     if (!ret) {
872         if (RC_VARIANCE)
873             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
874         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
875         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
876             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
877             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
878             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
879             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
880         }
881     }
882     return 0;
883 }
884
885 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
886 {
887     int i;
888
889     for (i = 0; i < 3; i++) {
890         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
891         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
892     }
893
894     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
895         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
896         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
897         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
898         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
899     }
900
901     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
902     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
903 }
904
905 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
906                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
907 {
908     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
909     int first_field = 1;
910     int offset, i, ret;
911     uint8_t *buf;
912
913     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0)
914         return ret;
915     buf = pkt->data;
916
917     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
918
919  encode_coding_unit:
920     for (i = 0; i < 3; i++) {
921         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
922         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
923             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
924     }
925
926     dnxhd_write_header(avctx, buf);
927
928     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
929         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
930     else
931         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
932     if (ret < 0) {
933         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
934                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
935         return -1;
936     }
937
938     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
939
940     offset = 0;
941     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
942         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
943         offset += ctx->slice_size[i];
944         assert(!(ctx->slice_size[i] & 3));
945     }
946
947     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
948
949     assert(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
950     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
951
952     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
953
954     if (ctx->interlaced && first_field) {
955         first_field     = 0;
956         ctx->cur_field ^= 1;
957         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
958         goto encode_coding_unit;
959     }
960
961     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
962
963     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
964     *got_packet = 1;
965     return 0;
966 }
967
968 static int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
969 {
970     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
971     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
972     int i;
973
974     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
975     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
976     av_freep(&ctx->run_codes);
977     av_freep(&ctx->run_bits);
978
979     av_freep(&ctx->mb_bits);
980     av_freep(&ctx->mb_qscale);
981     av_freep(&ctx->mb_rc);
982     av_freep(&ctx->mb_cmp);
983     av_freep(&ctx->slice_size);
984     av_freep(&ctx->slice_offs);
985
986     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
987     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
988     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
989     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
990
991     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
992         av_freep(&ctx->thread[i]);
993
994     return 0;
995 }
996
997 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
998     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
999     { NULL },
1000 };
1001
1002 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1003     .name           = "dnxhd",
1004     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1005     .id             = CODEC_ID_DNXHD,
1006     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1007     .init           = dnxhd_encode_init,
1008     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1009     .close          = dnxhd_encode_end,
1010     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1011     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]){ PIX_FMT_YUV422P,
1012                                                   PIX_FMT_YUV422P10,
1013                                                   PIX_FMT_NONE },
1014     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1015     .priv_class     = &class,
1016     .defaults       = dnxhd_defaults,
1017 };