git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/libx264.c

   1 /*
   2  * H.264 encoding using the x264 library
   3  * Copyright (C) 2005  Mans Rullgard <mans@mansr.com>
   4  *
   5  * This file is part of Libav.
   6  *
   7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
   8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
   9  * License as published by the Free Software Foundation; either
  10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  11  *
  12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  15  * Lesser General Public License for more details.
  16  *
  17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  20  */
  21
  22 #include "libavutil/opt.h"
  23 #include "avcodec.h"
  24 #include <x264.h>
  25 #include <math.h>
  26 #include <stdio.h>
  27 #include <stdlib.h>
  28 #include <string.h>
  29
  30 typedef struct X264Context {
  31     AVClass        *class;
  32     x264_param_t    params;
  33     x264_t         *enc;
  34     x264_picture_t  pic;
  35     uint8_t        *sei;
  36     int             sei_size;
  37     AVFrame         out_pic;
  38     char *preset;
  39     char *tune;
  40     char *profile;
  41     int fastfirstpass;
  42 } X264Context;
  43
  44 static void X264_log(void *p, int level, const char *fmt, va_list args)
  45 {
  46     static const int level_map[] = {
  47         [X264_LOG_ERROR]   = AV_LOG_ERROR,
  48         [X264_LOG_WARNING] = AV_LOG_WARNING,
  49         [X264_LOG_INFO]    = AV_LOG_INFO,
  50         [X264_LOG_DEBUG]   = AV_LOG_DEBUG
  51     };
  52
  53     if (level < 0 || level > X264_LOG_DEBUG)
  54         return;
  55
  56     av_vlog(p, level_map[level], fmt, args);
  57 }
  58
  59
  60 static int encode_nals(AVCodecContext *ctx, uint8_t *buf, int size,
  61                        x264_nal_t *nals, int nnal, int skip_sei)
  62 {
  63     X264Context *x4 = ctx->priv_data;
  64     uint8_t *p = buf;
  65     int i;
  66
  67     /* Write the SEI as part of the first frame. */
  68     if (x4->sei_size > 0 && nnal > 0) {
  69         memcpy(p, x4->sei, x4->sei_size);
  70         p += x4->sei_size;
  71         x4->sei_size = 0;
  72     }
  73
  74     for (i = 0; i < nnal; i++){
  75         /* Don't put the SEI in extradata. */
  76         if (skip_sei && nals[i].i_type == NAL_SEI) {
  77             x4->sei_size = nals[i].i_payload;
  78             x4->sei      = av_malloc(x4->sei_size);
  79             memcpy(x4->sei, nals[i].p_payload, nals[i].i_payload);
  80             continue;
  81         }
  82         memcpy(p, nals[i].p_payload, nals[i].i_payload);
  83         p += nals[i].i_payload;
  84     }
  85
  86     return p - buf;
  87 }
  88
  89 static int X264_frame(AVCodecContext *ctx, uint8_t *buf,
  90                       int bufsize, void *data)
  91 {
  92     X264Context *x4 = ctx->priv_data;
  93     AVFrame *frame = data;
  94     x264_nal_t *nal;
  95     int nnal, i;
  96     x264_picture_t pic_out;
  97
  98     x264_picture_init( &x4->pic );
  99     x4->pic.img.i_csp   = X264_CSP_I420;
 100     x4->pic.img.i_plane = 3;
 101
 102     if (frame) {
 103         for (i = 0; i < 3; i++) {
 104             x4->pic.img.plane[i]    = frame->data[i];
 105             x4->pic.img.i_stride[i] = frame->linesize[i];
 106         }
 107
 108         x4->pic.i_pts  = frame->pts;
 109         x4->pic.i_type =
 110             frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I ? X264_TYPE_KEYFRAME :
 111             frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_P ? X264_TYPE_P :
 112             frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_B ? X264_TYPE_B :
 113                                             X264_TYPE_AUTO;
 114         if (x4->params.b_tff != frame->top_field_first) {
 115             x4->params.b_tff = frame->top_field_first;
 116             x264_encoder_reconfig(x4->enc, &x4->params);
 117         }
 118     }
 119
 120     do {
 121     if (x264_encoder_encode(x4->enc, &nal, &nnal, frame? &x4->pic: NULL, &pic_out) < 0)
 122         return -1;
 123
 124     bufsize = encode_nals(ctx, buf, bufsize, nal, nnal, 0);
 125     if (bufsize < 0)
 126         return -1;
 127     } while (!bufsize && !frame && x264_encoder_delayed_frames(x4->enc));
 128
 129     /* FIXME: libx264 now provides DTS, but AVFrame doesn't have a field for it. */
 130     x4->out_pic.pts = pic_out.i_pts;
 131
 132     switch (pic_out.i_type) {
 133     case X264_TYPE_IDR:
 134     case X264_TYPE_I:
 135         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 136         break;
 137     case X264_TYPE_P:
 138         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
 139         break;
 140     case X264_TYPE_B:
 141     case X264_TYPE_BREF:
 142         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
 143         break;
 144     }
 145
 146     x4->out_pic.key_frame = pic_out.b_keyframe;
 147     if (bufsize)
 148         x4->out_pic.quality = (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA;
 149
 150     return bufsize;
 151 }
 152
 153 static av_cold int X264_close(AVCodecContext *avctx)
 154 {
 155     X264Context *x4 = avctx->priv_data;
 156
 157     av_freep(&avctx->extradata);
 158     av_free(x4->sei);
 159
 160     if (x4->enc)
 161         x264_encoder_close(x4->enc);
 162
 163     return 0;
 164 }
 165
 166 static av_cold int X264_init(AVCodecContext *avctx)
 167 {
 168     X264Context *x4 = avctx->priv_data;
 169
 170     x4->sei_size = 0;
 171     x264_param_default(&x4->params);
 172
 173     x4->params.i_keyint_max         = avctx->gop_size;
 174
 175     x4->params.i_bframe          = avctx->max_b_frames;
 176     x4->params.b_cabac           = avctx->coder_type == FF_CODER_TYPE_AC;
 177     x4->params.i_bframe_adaptive = avctx->b_frame_strategy;
 178     x4->params.i_bframe_bias     = avctx->bframebias;
 179     x4->params.i_bframe_pyramid  = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_BPYRAMID ? X264_B_PYRAMID_NORMAL : X264_B_PYRAMID_NONE;
 180     avctx->has_b_frames          = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_BPYRAMID ? 2 : !!avctx->max_b_frames;
 181
 182     x4->params.i_keyint_min = avctx->keyint_min;
 183     if (x4->params.i_keyint_min > x4->params.i_keyint_max)
 184         x4->params.i_keyint_min = x4->params.i_keyint_max;
 185
 186     x4->params.i_scenecut_threshold        = avctx->scenechange_threshold;
 187
 188     x4->params.b_deblocking_filter         = avctx->flags & CODEC_FLAG_LOOP_FILTER;
 189     x4->params.i_deblocking_filter_alphac0 = avctx->deblockalpha;
 190     x4->params.i_deblocking_filter_beta    = avctx->deblockbeta;
 191
 192     x4->params.rc.i_qp_min                 = avctx->qmin;
 193     x4->params.rc.i_qp_max                 = avctx->qmax;
 194     x4->params.rc.i_qp_step                = avctx->max_qdiff;
 195
 196     x4->params.rc.f_qcompress       = avctx->qcompress; /* 0.0 => cbr, 1.0 => constant qp */
 197     x4->params.rc.f_qblur           = avctx->qblur;     /* temporally blur quants */
 198     x4->params.rc.f_complexity_blur = avctx->complexityblur;
 199
 200     x4->params.i_frame_reference    = avctx->refs;
 201
 202     x4->params.analyse.inter    = 0;
 203     if (avctx->partitions) {
 204         if (avctx->partitions & X264_PART_I4X4)
 205             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_I4x4;
 206         if (avctx->partitions & X264_PART_I8X8)
 207             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_I8x8;
 208         if (avctx->partitions & X264_PART_P8X8)
 209             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_PSUB16x16;
 210         if (avctx->partitions & X264_PART_P4X4)
 211             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_PSUB8x8;
 212         if (avctx->partitions & X264_PART_B8X8)
 213             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_BSUB16x16;
 214     }
 215
 216     x4->params.analyse.i_direct_mv_pred  = avctx->directpred;
 217
 218     x4->params.analyse.b_weighted_bipred = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_WPRED;
 219     x4->params.analyse.i_weighted_pred = avctx->weighted_p_pred;
 220
 221     if (avctx->me_method == ME_EPZS)
 222         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_DIA;
 223     else if (avctx->me_method == ME_HEX)
 224         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_HEX;
 225     else if (avctx->me_method == ME_UMH)
 226         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_UMH;
 227     else if (avctx->me_method == ME_FULL)
 228         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_ESA;
 229     else if (avctx->me_method == ME_TESA)
 230         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_TESA;
 231     else x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_HEX;
 232
 233     x4->params.rc.i_aq_mode               = avctx->aq_mode;
 234     x4->params.rc.f_aq_strength           = avctx->aq_strength;
 235     x4->params.rc.i_lookahead             = avctx->rc_lookahead;
 236
 237     x4->params.analyse.b_psy              = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_PSY;
 238     x4->params.analyse.f_psy_rd           = avctx->psy_rd;
 239     x4->params.analyse.f_psy_trellis      = avctx->psy_trellis;
 240
 241     x4->params.analyse.i_me_range         = avctx->me_range;
 242     x4->params.analyse.i_subpel_refine    = avctx->me_subpel_quality;
 243
 244     x4->params.analyse.b_mixed_references = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_MIXED_REFS;
 245     x4->params.analyse.b_chroma_me        = avctx->me_cmp & FF_CMP_CHROMA;
 246     x4->params.analyse.b_transform_8x8    = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_8X8DCT;
 247     x4->params.analyse.b_fast_pskip       = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_FASTPSKIP;
 248
 249     x4->params.analyse.i_trellis          = avctx->trellis;
 250     x4->params.analyse.i_noise_reduction  = avctx->noise_reduction;
 251
 252     if (avctx->level > 0)
 253         x4->params.i_level_idc = avctx->level;
 254
 255     if (x4->preset || x4->tune)
 256         if (x264_param_default_preset(&x4->params, x4->preset, x4->tune) < 0) {
 257             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error setting preset/tune %s/%s.\n", x4->preset, x4->tune);
 258             return AVERROR(EINVAL);
 259         }
 260
 261     x4->params.pf_log               = X264_log;
 262     x4->params.p_log_private        = avctx;
 263     x4->params.i_log_level          = X264_LOG_DEBUG;
 264
 265     x4->params.b_intra_refresh      = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_INTRA_REFRESH;
 266     x4->params.rc.i_bitrate         = avctx->bit_rate       / 1000;
 267     x4->params.rc.i_vbv_buffer_size = avctx->rc_buffer_size / 1000;
 268     x4->params.rc.i_vbv_max_bitrate = avctx->rc_max_rate    / 1000;
 269     x4->params.rc.b_stat_write      = avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS1;
 270     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS2) {
 271         x4->params.rc.b_stat_read = 1;
 272     } else {
 273         if (avctx->crf) {
 274             x4->params.rc.i_rc_method   = X264_RC_CRF;
 275             x4->params.rc.f_rf_constant = avctx->crf;
 276             x4->params.rc.f_rf_constant_max = avctx->crf_max;
 277         } else if (avctx->cqp > -1) {
 278             x4->params.rc.i_rc_method   = X264_RC_CQP;
 279             x4->params.rc.i_qp_constant = avctx->cqp;
 280         }
 281     }
 282
 283     // if neither crf nor cqp modes are selected we have to enable the RC
 284     // we do it this way because we cannot check if the bitrate has been set
 285     if (!(avctx->crf || (avctx->cqp > -1)))
 286         x4->params.rc.i_rc_method = X264_RC_ABR;
 287
 288     if (avctx->rc_buffer_size && avctx->rc_initial_buffer_occupancy &&
 289         (avctx->rc_initial_buffer_occupancy <= avctx->rc_buffer_size)) {
 290         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init =
 291             (float)avctx->rc_initial_buffer_occupancy / avctx->rc_buffer_size;
 292     }
 293
 294     x4->params.rc.b_mb_tree               = !!(avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_MBTREE);
 295     x4->params.rc.f_ip_factor             = 1 / fabs(avctx->i_quant_factor);
 296     x4->params.rc.f_pb_factor             = avctx->b_quant_factor;
 297     x4->params.analyse.i_chroma_qp_offset = avctx->chromaoffset;
 298
 299     if (x4->fastfirstpass)
 300         x264_param_apply_fastfirstpass(&x4->params);
 301
 302     if (x4->profile)
 303         if (x264_param_apply_profile(&x4->params, x4->profile) < 0) {
 304             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Error setting profile %s.\n", x4->profile);
 305             return AVERROR(EINVAL);
 306         }
 307
 308     x4->params.i_width          = avctx->width;
 309     x4->params.i_height         = avctx->height;
 310     x4->params.vui.i_sar_width  = avctx->sample_aspect_ratio.num;
 311     x4->params.vui.i_sar_height = avctx->sample_aspect_ratio.den;
 312     x4->params.i_fps_num = x4->params.i_timebase_den = avctx->time_base.den;
 313     x4->params.i_fps_den = x4->params.i_timebase_num = avctx->time_base.num;
 314
 315     x4->params.analyse.b_psnr = avctx->flags & CODEC_FLAG_PSNR;
 316     x4->params.analyse.b_ssim = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_SSIM;
 317
 318     x4->params.b_aud          = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_AUD;
 319
 320     x4->params.i_threads      = avctx->thread_count;
 321
 322     x4->params.b_interlaced   = avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT;
 323
 324     x4->params.b_open_gop     = !(avctx->flags & CODEC_FLAG_CLOSED_GOP);
 325
 326     x4->params.i_slice_count  = avctx->slices;
 327
 328     x4->params.vui.b_fullrange = avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUVJ420P;
 329
 330     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER)
 331         x4->params.b_repeat_headers = 0;
 332
 333     // update AVCodecContext with x264 parameters
 334     avctx->has_b_frames = x4->params.i_bframe ?
 335         x4->params.i_bframe_pyramid ? 2 : 1 : 0;
 336     avctx->bit_rate = x4->params.rc.i_bitrate*1000;
 337     avctx->crf = x4->params.rc.f_rf_constant;
 338
 339     x4->enc = x264_encoder_open(&x4->params);
 340     if (!x4->enc)
 341         return -1;
 342
 343     avctx->coded_frame = &x4->out_pic;
 344
 345     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
 346         x264_nal_t *nal;
 347         int nnal, s, i;
 348
 349         s = x264_encoder_headers(x4->enc, &nal, &nnal);
 350
 351         for (i = 0; i < nnal; i++)
 352             if (nal[i].i_type == NAL_SEI)
 353                 av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "%s\n", nal[i].p_payload+25);
 354
 355         avctx->extradata      = av_malloc(s);
 356         avctx->extradata_size = encode_nals(avctx, avctx->extradata, s, nal, nnal, 1);
 357     }
 358
 359     return 0;
 360 }
 361
 362 #define OFFSET(x) offsetof(X264Context, x)
 363 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 364 static const AVOption options[] = {
 365     { "preset",        "Set the encoding preset (cf. x264 --fullhelp)",   OFFSET(preset),        FF_OPT_TYPE_STRING, { .str = "medium" }, 0, 0, VE},
 366     { "tune",          "Tune the encoding params (cf. x264 --fullhelp)",  OFFSET(tune),          FF_OPT_TYPE_STRING, { 0 }, 0, 0, VE},
 367     { "profile",       "Set profile restrictions (cf. x264 --fullhelp) ", OFFSET(profile),       FF_OPT_TYPE_STRING, { 0 }, 0, 0, VE},
 368     { "fastfirstpass", "Use fast settings when encoding first pass",      OFFSET(fastfirstpass), FF_OPT_TYPE_INT,    { 1 }, 0, 1, VE},
 369     { NULL },
 370 };
 371
 372 static const AVClass class = {
 373     .class_name = "libx264",
 374     .item_name  = av_default_item_name,
 375     .option     = options,
 376     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
 377 };
 378
 379 AVCodec ff_libx264_encoder = {
 380     .name           = "libx264",
 381     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 382     .id             = CODEC_ID_H264,
 383     .priv_data_size = sizeof(X264Context),
 384     .init           = X264_init,
 385     .encode         = X264_frame,
 386     .close          = X264_close,
 387     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 388     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) { PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUVJ420P, PIX_FMT_NONE },
 389     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libx264 H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10"),
 390     .priv_class     = &class,
 391 };