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 FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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     char *level;
  42     int fastfirstpass;
  43     char *stats;
  44     char *weightp;
  45 } X264Context;
  46
  47 static void X264_log(void *p, int level, const char *fmt, va_list args)
  48 {
  49     static const int level_map[] = {
  50         [X264_LOG_ERROR]   = AV_LOG_ERROR,
  51         [X264_LOG_WARNING] = AV_LOG_WARNING,
  52         [X264_LOG_INFO]    = AV_LOG_INFO,
  53         [X264_LOG_DEBUG]   = AV_LOG_DEBUG
  54     };
  55
  56     if (level < 0 || level > X264_LOG_DEBUG)
  57         return;
  58
  59     av_vlog(p, level_map[level], fmt, args);
  60 }
  61
  62
  63 static int encode_nals(AVCodecContext *ctx, uint8_t *buf, int size,
  64                        x264_nal_t *nals, int nnal, int skip_sei)
  65 {
  66     X264Context *x4 = ctx->priv_data;
  67     uint8_t *p = buf;
  68     int i;
  69
  70     /* Write the SEI as part of the first frame. */
  71     if (x4->sei_size > 0 && nnal > 0) {
  72         memcpy(p, x4->sei, x4->sei_size);
  73         p += x4->sei_size;
  74         x4->sei_size = 0;
  75     }
  76
  77     for (i = 0; i < nnal; i++){
  78         /* Don't put the SEI in extradata. */
  79         if (skip_sei && nals[i].i_type == NAL_SEI) {
  80             x4->sei_size = nals[i].i_payload;
  81             x4->sei      = av_malloc(x4->sei_size);
  82             memcpy(x4->sei, nals[i].p_payload, nals[i].i_payload);
  83             continue;
  84         }
  85         memcpy(p, nals[i].p_payload, nals[i].i_payload);
  86         p += nals[i].i_payload;
  87     }
  88
  89     return p - buf;
  90 }
  91
  92 static int X264_frame(AVCodecContext *ctx, uint8_t *buf,
  93                       int bufsize, void *data)
  94 {
  95     X264Context *x4 = ctx->priv_data;
  96     AVFrame *frame = data;
  97     x264_nal_t *nal;
  98     int nnal, i;
  99     x264_picture_t pic_out;
 100
 101     x264_picture_init( &x4->pic );
 102     x4->pic.img.i_csp   = X264_CSP_I420;
 103     x4->pic.img.i_plane = 3;
 104
 105     if (frame) {
 106         for (i = 0; i < 3; i++) {
 107             x4->pic.img.plane[i]    = frame->data[i];
 108             x4->pic.img.i_stride[i] = frame->linesize[i];
 109         }
 110
 111         x4->pic.i_pts  = frame->pts;
 112         x4->pic.i_type =
 113             frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I ? X264_TYPE_KEYFRAME :
 114             frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_P ? X264_TYPE_P :
 115             frame->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_B ? X264_TYPE_B :
 116                                             X264_TYPE_AUTO;
 117         if (x4->params.b_tff != frame->top_field_first) {
 118             x4->params.b_tff = frame->top_field_first;
 119             x264_encoder_reconfig(x4->enc, &x4->params);
 120         }
 121     }
 122
 123     do {
 124     if (x264_encoder_encode(x4->enc, &nal, &nnal, frame? &x4->pic: NULL, &pic_out) < 0)
 125         return -1;
 126
 127     bufsize = encode_nals(ctx, buf, bufsize, nal, nnal, 0);
 128     if (bufsize < 0)
 129         return -1;
 130     } while (!bufsize && !frame && x264_encoder_delayed_frames(x4->enc));
 131
 132     /* FIXME: libx264 now provides DTS, but AVFrame doesn't have a field for it. */
 133     x4->out_pic.pts = pic_out.i_pts;
 134
 135     switch (pic_out.i_type) {
 136     case X264_TYPE_IDR:
 137     case X264_TYPE_I:
 138         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 139         break;
 140     case X264_TYPE_P:
 141         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
 142         break;
 143     case X264_TYPE_B:
 144     case X264_TYPE_BREF:
 145         x4->out_pic.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
 146         break;
 147     }
 148
 149     x4->out_pic.key_frame = pic_out.b_keyframe;
 150     if (bufsize)
 151         x4->out_pic.quality = (pic_out.i_qpplus1 - 1) * FF_QP2LAMBDA;
 152
 153     return bufsize;
 154 }
 155
 156 static av_cold int X264_close(AVCodecContext *avctx)
 157 {
 158     X264Context *x4 = avctx->priv_data;
 159
 160     av_freep(&avctx->extradata);
 161     av_free(x4->sei);
 162
 163     if (x4->enc)
 164         x264_encoder_close(x4->enc);
 165
 166     av_free(x4->preset);
 167     av_free(x4->tune);
 168     av_free(x4->profile);
 169     av_free(x4->level);
 170     av_free(x4->stats);
 171     av_free(x4->weightp);
 172
 173     return 0;
 174 }
 175
 176 /**
 177  * Detect default settings and use default profile to avoid libx264 failure.
 178  */
 179 static void check_default_settings(AVCodecContext *avctx)
 180 {
 181     X264Context *x4 = avctx->priv_data;
 182
 183     int score = 0;
 184     score += x4->params.analyse.i_me_range == 0;
 185     score += x4->params.rc.i_qp_step == 3;
 186     score += x4->params.i_keyint_max == 12;
 187     score += x4->params.rc.i_qp_min == 2;
 188     score += x4->params.rc.i_qp_max == 31;
 189     score += x4->params.rc.f_qcompress == 0.5;
 190     score += fabs(x4->params.rc.f_ip_factor - 1.25) < 0.01;
 191     score += fabs(x4->params.rc.f_pb_factor - 1.25) < 0.01;
 192     score += x4->params.analyse.inter == 0 && x4->params.analyse.i_subpel_refine == 8;
 193     if (score >= 5) {
 194         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Default settings detected, using medium profile\n");
 195         x4->preset = av_strdup("medium");
 196         if (avctx->bit_rate == 200*100)
 197             avctx->crf = 23;
 198     }
 199 }
 200
 201 #define OPT_STR(opt, param)                                             \
 202     do {                                                                \
 203         if (param && x264_param_parse(&x4->params, opt, param) < 0) {   \
 204             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,                                 \
 205                    "bad value for '%s': '%s'\n", opt, param);           \
 206             return -1;                                                  \
 207         }                                                               \
 208     } while (0);                                                        \
 209
 210 static av_cold int X264_init(AVCodecContext *avctx)
 211 {
 212     X264Context *x4 = avctx->priv_data;
 213
 214     x4->sei_size = 0;
 215     x264_param_default(&x4->params);
 216
 217     x4->params.i_keyint_max         = avctx->gop_size;
 218
 219     x4->params.i_bframe          = avctx->max_b_frames;
 220     x4->params.b_cabac           = avctx->coder_type == FF_CODER_TYPE_AC;
 221     x4->params.i_bframe_adaptive = avctx->b_frame_strategy;
 222     x4->params.i_bframe_bias     = avctx->bframebias;
 223     x4->params.i_bframe_pyramid  = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_BPYRAMID ? X264_B_PYRAMID_NORMAL : X264_B_PYRAMID_NONE;
 224     avctx->has_b_frames          = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_BPYRAMID ? 2 : !!avctx->max_b_frames;
 225
 226     x4->params.i_keyint_min = avctx->keyint_min;
 227     if (x4->params.i_keyint_min > x4->params.i_keyint_max)
 228         x4->params.i_keyint_min = x4->params.i_keyint_max;
 229
 230     x4->params.i_scenecut_threshold        = avctx->scenechange_threshold;
 231
 232     x4->params.b_deblocking_filter         = avctx->flags & CODEC_FLAG_LOOP_FILTER;
 233     x4->params.i_deblocking_filter_alphac0 = avctx->deblockalpha;
 234     x4->params.i_deblocking_filter_beta    = avctx->deblockbeta;
 235
 236     x4->params.rc.i_qp_min                 = avctx->qmin;
 237     x4->params.rc.i_qp_max                 = avctx->qmax;
 238     x4->params.rc.i_qp_step                = avctx->max_qdiff;
 239
 240     x4->params.rc.f_qcompress       = avctx->qcompress; /* 0.0 => cbr, 1.0 => constant qp */
 241     x4->params.rc.f_qblur           = avctx->qblur;     /* temporally blur quants */
 242     x4->params.rc.f_complexity_blur = avctx->complexityblur;
 243
 244     x4->params.i_frame_reference    = avctx->refs;
 245
 246     x4->params.analyse.inter    = 0;
 247     if (avctx->partitions) {
 248         if (avctx->partitions & X264_PART_I4X4)
 249             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_I4x4;
 250         if (avctx->partitions & X264_PART_I8X8)
 251             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_I8x8;
 252         if (avctx->partitions & X264_PART_P8X8)
 253             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_PSUB16x16;
 254         if (avctx->partitions & X264_PART_P4X4)
 255             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_PSUB8x8;
 256         if (avctx->partitions & X264_PART_B8X8)
 257             x4->params.analyse.inter |= X264_ANALYSE_BSUB16x16;
 258     }
 259
 260     x4->params.analyse.i_direct_mv_pred  = avctx->directpred;
 261
 262     x4->params.analyse.b_weighted_bipred = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_WPRED;
 263
 264     if (avctx->me_method == ME_EPZS)
 265         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_DIA;
 266     else if (avctx->me_method == ME_HEX)
 267         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_HEX;
 268     else if (avctx->me_method == ME_UMH)
 269         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_UMH;
 270     else if (avctx->me_method == ME_FULL)
 271         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_ESA;
 272     else if (avctx->me_method == ME_TESA)
 273         x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_TESA;
 274     else x4->params.analyse.i_me_method = X264_ME_HEX;
 275
 276     x4->params.rc.i_aq_mode               = avctx->aq_mode;
 277     x4->params.rc.f_aq_strength           = avctx->aq_strength;
 278     x4->params.rc.i_lookahead             = avctx->rc_lookahead;
 279
 280     x4->params.analyse.b_psy              = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_PSY;
 281     x4->params.analyse.f_psy_rd           = avctx->psy_rd;
 282     x4->params.analyse.f_psy_trellis      = avctx->psy_trellis;
 283
 284     x4->params.analyse.i_me_range         = avctx->me_range;
 285     x4->params.analyse.i_subpel_refine    = avctx->me_subpel_quality;
 286
 287     x4->params.analyse.b_mixed_references = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_MIXED_REFS;
 288     x4->params.analyse.b_chroma_me        = avctx->me_cmp & FF_CMP_CHROMA;
 289     x4->params.analyse.b_transform_8x8    = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_8X8DCT;
 290     x4->params.analyse.b_fast_pskip       = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_FASTPSKIP;
 291
 292     x4->params.analyse.i_trellis          = avctx->trellis;
 293     x4->params.analyse.i_noise_reduction  = avctx->noise_reduction;
 294
 295     x4->params.rc.b_mb_tree               = !!(avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_MBTREE);
 296     x4->params.rc.f_ip_factor             = 1 / fabs(avctx->i_quant_factor);
 297     x4->params.rc.f_pb_factor             = avctx->b_quant_factor;
 298     x4->params.analyse.i_chroma_qp_offset = avctx->chromaoffset;
 299
 300     if (!x4->preset)
 301         check_default_settings(avctx);
 302
 303     if (x4->preset || x4->tune) {
 304         if (x264_param_default_preset(&x4->params, x4->preset, x4->tune) < 0)
 305             return -1;
 306     }
 307
 308     x4->params.pf_log               = X264_log;
 309     x4->params.p_log_private        = avctx;
 310     x4->params.i_log_level          = X264_LOG_DEBUG;
 311
 312     OPT_STR("weightp", x4->weightp);
 313
 314     x4->params.b_intra_refresh      = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_INTRA_REFRESH;
 315     x4->params.rc.i_bitrate         = avctx->bit_rate       / 1000;
 316     x4->params.rc.i_vbv_buffer_size = avctx->rc_buffer_size / 1000;
 317     x4->params.rc.i_vbv_max_bitrate = avctx->rc_max_rate    / 1000;
 318     x4->params.rc.b_stat_write      = avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS1;
 319     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_PASS2) {
 320         x4->params.rc.b_stat_read = 1;
 321     } else {
 322         if (avctx->crf) {
 323             x4->params.rc.i_rc_method   = X264_RC_CRF;
 324             x4->params.rc.f_rf_constant = avctx->crf;
 325             x4->params.rc.f_rf_constant_max = avctx->crf_max;
 326         } else if (avctx->cqp > -1) {
 327             x4->params.rc.i_rc_method   = X264_RC_CQP;
 328             x4->params.rc.i_qp_constant = avctx->cqp;
 329         }
 330     }
 331
 332     OPT_STR("stats", x4->stats);
 333
 334     // if neither crf nor cqp modes are selected we have to enable the RC
 335     // we do it this way because we cannot check if the bitrate has been set
 336     if (!(avctx->crf || (avctx->cqp > -1)))
 337         x4->params.rc.i_rc_method = X264_RC_ABR;
 338
 339     if (avctx->rc_buffer_size && avctx->rc_initial_buffer_occupancy &&
 340         (avctx->rc_initial_buffer_occupancy <= avctx->rc_buffer_size)) {
 341         x4->params.rc.f_vbv_buffer_init =
 342             (float)avctx->rc_initial_buffer_occupancy / avctx->rc_buffer_size;
 343     }
 344
 345     OPT_STR("level", x4->level);
 346
 347     if (x4->fastfirstpass)
 348         x264_param_apply_fastfirstpass(&x4->params);
 349
 350     if (x4->profile)
 351         if (x264_param_apply_profile(&x4->params, x4->profile) < 0)
 352             return -1;
 353
 354     x4->params.i_width          = avctx->width;
 355     x4->params.i_height         = avctx->height;
 356     x4->params.vui.i_sar_width  = avctx->sample_aspect_ratio.num;
 357     x4->params.vui.i_sar_height = avctx->sample_aspect_ratio.den;
 358     x4->params.i_fps_num = x4->params.i_timebase_den = avctx->time_base.den;
 359     x4->params.i_fps_den = x4->params.i_timebase_num = avctx->time_base.num;
 360
 361     x4->params.analyse.b_psnr = avctx->flags & CODEC_FLAG_PSNR;
 362     x4->params.analyse.b_ssim = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_SSIM;
 363
 364     x4->params.b_aud          = avctx->flags2 & CODEC_FLAG2_AUD;
 365
 366     x4->params.i_threads      = avctx->thread_count;
 367
 368     x4->params.b_interlaced   = avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT;
 369
 370     x4->params.i_slice_count  = avctx->slices;
 371
 372     x4->params.vui.b_fullrange = avctx->pix_fmt == PIX_FMT_YUVJ420P;
 373
 374     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER)
 375         x4->params.b_repeat_headers = 0;
 376
 377     // update AVCodecContext with x264 parameters
 378     avctx->has_b_frames = x4->params.i_bframe ?
 379         x4->params.i_bframe_pyramid ? 2 : 1 : 0;
 380     avctx->bit_rate = x4->params.rc.i_bitrate*1000;
 381     avctx->crf = x4->params.rc.f_rf_constant;
 382
 383     x4->enc = x264_encoder_open(&x4->params);
 384     if (!x4->enc)
 385         return -1;
 386
 387     avctx->coded_frame = &x4->out_pic;
 388
 389     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
 390         x264_nal_t *nal;
 391         int nnal, s, i;
 392
 393         s = x264_encoder_headers(x4->enc, &nal, &nnal);
 394
 395         for (i = 0; i < nnal; i++)
 396             if (nal[i].i_type == NAL_SEI)
 397                 av_log(avctx, AV_LOG_INFO, "%s\n", nal[i].p_payload+25);
 398
 399         avctx->extradata      = av_malloc(s);
 400         avctx->extradata_size = encode_nals(avctx, avctx->extradata, s, nal, nnal, 1);
 401     }
 402
 403     return 0;
 404 }
 405
 406 #define OFFSET(x) offsetof(X264Context,x)
 407 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
 408
 409 static const AVOption options[] = {
 410     {"preset", "Set the encoding preset", OFFSET(preset), FF_OPT_TYPE_STRING, 0, 0, 0, VE},
 411     {"tune", "Tune the encoding params", OFFSET(tune), FF_OPT_TYPE_STRING, 0, 0, 0, VE},
 412     {"fastfirstpass", "Use fast settings when encoding first pass", OFFSET(fastfirstpass), FF_OPT_TYPE_INT, 1, 0, 1, VE},
 413     {"profile", "Set profile restrictions", OFFSET(profile), FF_OPT_TYPE_STRING, 0, 0, 0, VE},
 414     {"level", "Specify level (as defined by Annex A)", OFFSET(level), FF_OPT_TYPE_STRING, 0, 0, 0, VE},
 415     {"passlogfile", "Filename for 2 pass stats", OFFSET(stats), FF_OPT_TYPE_STRING, 0, 0, 0, VE},
 416     {"wpredp", "Weighted prediction for P-frames", OFFSET(weightp), FF_OPT_TYPE_STRING, 0, 0, 0, VE},
 417     { NULL },
 418 };
 419
 420 static const AVClass class = { "libx264", av_default_item_name, options, LIBAVUTIL_VERSION_INT };
 421
 422 AVCodec ff_libx264_encoder = {
 423     .name           = "libx264",
 424     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
 425     .id             = CODEC_ID_H264,
 426     .priv_data_size = sizeof(X264Context),
 427     .init           = X264_init,
 428     .encode         = X264_frame,
 429     .close          = X264_close,
 430     .capabilities   = CODEC_CAP_DELAY,
 431     .pix_fmts       = (const enum PixelFormat[]) { PIX_FMT_YUV420P, PIX_FMT_YUVJ420P, PIX_FMT_NONE },
 432     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("libx264 H.264 / AVC / MPEG-4 AVC / MPEG-4 part 10"),
 433     .priv_class     = &class,
 434 };