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

   1 /*
   2  * NVIDIA NVENC Support
   3  * Copyright (C) 2015 Luca Barbato
   4  * Copyright (C) 2015 Philip Langdale <philipl@overt.org>
   5  * Copyright (C) 2014 Timo Rothenpieler <timo@rothenpieler.org>
   6  *
   7  * This file is part of Libav.
   8  *
   9  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "config.h"
  25
  26 #include <nvEncodeAPI.h>
  27 #include <string.h>
  28
  29 #define CUDA_LIBNAME "libcuda.so"
  30
  31 #if HAVE_DLFCN_H
  32 #include <dlfcn.h>
  33
  34 #define NVENC_LIBNAME "libnvidia-encode.so"
  35
  36 #elif HAVE_WINDOWS_H
  37 #include <windows.h>
  38
  39 #if ARCH_X86_64
  40 #define NVENC_LIBNAME "nvEncodeAPI64.dll"
  41 #else
  42 #define NVENC_LIBNAME "nvEncodeAPI.dll"
  43 #endif
  44
  45 #define dlopen(filename, flags) LoadLibrary((filename))
  46 #define dlsym(handle, symbol)   GetProcAddress(handle, symbol)
  47 #define dlclose(handle)         FreeLibrary(handle)
  48 #endif
  49
  50 #include "libavutil/common.h"
  51 #include "libavutil/hwcontext.h"
  52 #include "libavutil/imgutils.h"
  53 #include "libavutil/mem.h"
  54 #include "avcodec.h"
  55 #include "internal.h"
  56 #include "nvenc.h"
  57
  58 #if CONFIG_CUDA
  59 #include "libavutil/hwcontext_cuda.h"
  60 #endif
  61
  62 #define NVENC_CAP 0x30
  63 #define BITSTREAM_BUFFER_SIZE 1024 * 1024
  64 #define IS_CBR(rc) (rc == NV_ENC_PARAMS_RC_CBR ||               \
  65                     rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY ||    \
  66                     rc == NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP)
  67
  68 #define LOAD_LIBRARY(l, path)                   \
  69     do {                                        \
  70         if (!((l) = dlopen(path, RTLD_LAZY))) { \
  71             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,         \
  72                    "Cannot load %s\n",          \
  73                    path);                       \
  74             return AVERROR_UNKNOWN;             \
  75         }                                       \
  76     } while (0)
  77
  78 #define LOAD_SYMBOL(fun, lib, symbol)        \
  79     do {                                     \
  80         if (!((fun) = dlsym(lib, symbol))) { \
  81             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,      \
  82                    "Cannot load %s\n",       \
  83                    symbol);                  \
  84             return AVERROR_UNKNOWN;          \
  85         }                                    \
  86     } while (0)
  87
  88 const enum AVPixelFormat ff_nvenc_pix_fmts[] = {
  89     AV_PIX_FMT_NV12,
  90     AV_PIX_FMT_YUV420P,
  91     AV_PIX_FMT_YUV444P,
  92 #if CONFIG_CUDA
  93     AV_PIX_FMT_CUDA,
  94 #endif
  95     AV_PIX_FMT_NONE
  96 };
  97
  98 static const struct {
  99     NVENCSTATUS nverr;
 100     int         averr;
 101     const char *desc;
 102 } nvenc_errors[] = {
 103     { NV_ENC_SUCCESS,                      0,                "success"                  },
 104     { NV_ENC_ERR_NO_ENCODE_DEVICE,         AVERROR(ENOENT),  "no encode device"         },
 105     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_DEVICE,       AVERROR(ENOSYS),  "unsupported device"       },
 106     { NV_ENC_ERR_INVALID_ENCODERDEVICE,    AVERROR(EINVAL),  "invalid encoder device"   },
 107     { NV_ENC_ERR_INVALID_DEVICE,           AVERROR(EINVAL),  "invalid device"           },
 108     { NV_ENC_ERR_DEVICE_NOT_EXIST,         AVERROR(EIO),     "device does not exist"    },
 109     { NV_ENC_ERR_INVALID_PTR,              AVERROR(EFAULT),  "invalid ptr"              },
 110     { NV_ENC_ERR_INVALID_EVENT,            AVERROR(EINVAL),  "invalid event"            },
 111     { NV_ENC_ERR_INVALID_PARAM,            AVERROR(EINVAL),  "invalid param"            },
 112     { NV_ENC_ERR_INVALID_CALL,             AVERROR(EINVAL),  "invalid call"             },
 113     { NV_ENC_ERR_OUT_OF_MEMORY,            AVERROR(ENOMEM),  "out of memory"            },
 114     { NV_ENC_ERR_ENCODER_NOT_INITIALIZED,  AVERROR(EINVAL),  "encoder not initialized"  },
 115     { NV_ENC_ERR_UNSUPPORTED_PARAM,        AVERROR(ENOSYS),  "unsupported param"        },
 116     { NV_ENC_ERR_LOCK_BUSY,                AVERROR(EAGAIN),  "lock busy"                },
 117     { NV_ENC_ERR_NOT_ENOUGH_BUFFER,        AVERROR(ENOBUFS), "not enough buffer"        },
 118     { NV_ENC_ERR_INVALID_VERSION,          AVERROR(EINVAL),  "invalid version"          },
 119     { NV_ENC_ERR_MAP_FAILED,               AVERROR(EIO),     "map failed"               },
 120     { NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT,          AVERROR(EAGAIN),  "need more input"          },
 121     { NV_ENC_ERR_ENCODER_BUSY,             AVERROR(EAGAIN),  "encoder busy"             },
 122     { NV_ENC_ERR_EVENT_NOT_REGISTERD,      AVERROR(EBADF),   "event not registered"     },
 123     { NV_ENC_ERR_GENERIC,                  AVERROR_UNKNOWN,  "generic error"            },
 124     { NV_ENC_ERR_INCOMPATIBLE_CLIENT_KEY,  AVERROR(EINVAL),  "incompatible client key"  },
 125     { NV_ENC_ERR_UNIMPLEMENTED,            AVERROR(ENOSYS),  "unimplemented"            },
 126     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_REGISTER_FAILED, AVERROR(EIO),     "resource register failed" },
 127     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_REGISTERED,  AVERROR(EBADF),   "resource not registered"  },
 128     { NV_ENC_ERR_RESOURCE_NOT_MAPPED,      AVERROR(EBADF),   "resource not mapped"      },
 129 };
 130
 131 static int nvenc_map_error(NVENCSTATUS err, const char **desc)
 132 {
 133     int i;
 134     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(nvenc_errors); i++) {
 135         if (nvenc_errors[i].nverr == err) {
 136             if (desc)
 137                 *desc = nvenc_errors[i].desc;
 138             return nvenc_errors[i].averr;
 139         }
 140     }
 141     if (desc)
 142         *desc = "unknown error";
 143     return AVERROR_UNKNOWN;
 144 }
 145
 146 static int nvenc_print_error(void *log_ctx, NVENCSTATUS err,
 147                              const char *error_string)
 148 {
 149     const char *desc;
 150     int ret;
 151     ret = nvenc_map_error(err, &desc);
 152     av_log(log_ctx, AV_LOG_ERROR, "%s: %s (%d)\n", error_string, desc, err);
 153     return ret;
 154 }
 155
 156 static av_cold int nvenc_load_libraries(AVCodecContext *avctx)
 157 {
 158     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
 159     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
 160     PNVENCODEAPICREATEINSTANCE nvenc_create_instance;
 161     NVENCSTATUS err;
 162
 163 #if CONFIG_CUDA
 164     nvel->cu_init                      = cuInit;
 165     nvel->cu_device_get_count          = cuDeviceGetCount;
 166     nvel->cu_device_get                = cuDeviceGet;
 167     nvel->cu_device_get_name           = cuDeviceGetName;
 168     nvel->cu_device_compute_capability = cuDeviceComputeCapability;
 169     nvel->cu_ctx_create                = cuCtxCreate_v2;
 170     nvel->cu_ctx_pop_current           = cuCtxPopCurrent_v2;
 171     nvel->cu_ctx_destroy               = cuCtxDestroy_v2;
 172 #else
 173     LOAD_LIBRARY(nvel->cuda, CUDA_LIBNAME);
 174
 175     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_init, nvel->cuda, "cuInit");
 176     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_count, nvel->cuda, "cuDeviceGetCount");
 177     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get, nvel->cuda, "cuDeviceGet");
 178     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_get_name, nvel->cuda, "cuDeviceGetName");
 179     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_device_compute_capability, nvel->cuda,
 180                 "cuDeviceComputeCapability");
 181     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_create, nvel->cuda, "cuCtxCreate_v2");
 182     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_pop_current, nvel->cuda, "cuCtxPopCurrent_v2");
 183     LOAD_SYMBOL(nvel->cu_ctx_destroy, nvel->cuda, "cuCtxDestroy_v2");
 184 #endif
 185
 186     LOAD_LIBRARY(nvel->nvenc, NVENC_LIBNAME);
 187
 188     LOAD_SYMBOL(nvenc_create_instance, nvel->nvenc,
 189                 "NvEncodeAPICreateInstance");
 190
 191     nvel->nvenc_funcs.version = NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST_VER;
 192
 193     err = nvenc_create_instance(&nvel->nvenc_funcs);
 194     if (err != NV_ENC_SUCCESS)
 195         return nvenc_print_error(avctx, err, "Cannot create the NVENC instance");
 196
 197     return 0;
 198 }
 199
 200 static int nvenc_open_session(AVCodecContext *avctx)
 201 {
 202     NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS params = { 0 };
 203     NVENCContext *ctx                           = avctx->priv_data;
 204     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv             = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 205     int ret;
 206
 207     params.version    = NV_ENC_OPEN_ENCODE_SESSION_EX_PARAMS_VER;
 208     params.apiVersion = NVENCAPI_VERSION;
 209     params.device     = ctx->cu_context;
 210     params.deviceType = NV_ENC_DEVICE_TYPE_CUDA;
 211
 212     ret = nv->nvEncOpenEncodeSessionEx(&params, &ctx->nvenc_ctx);
 213     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
 214         ctx->nvenc_ctx = NULL;
 215         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot open the NVENC Session");
 216     }
 217
 218     return 0;
 219 }
 220
 221 static int nvenc_check_codec_support(AVCodecContext *avctx)
 222 {
 223     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
 224     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 225     int i, ret, count = 0;
 226     GUID *guids = NULL;
 227
 228     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDCount(ctx->nvenc_ctx, &count);
 229
 230     if (ret != NV_ENC_SUCCESS || !count)
 231         return AVERROR(ENOSYS);
 232
 233     guids = av_malloc(count * sizeof(GUID));
 234     if (!guids)
 235         return AVERROR(ENOMEM);
 236
 237     ret = nv->nvEncGetEncodeGUIDs(ctx->nvenc_ctx, guids, count, &count);
 238     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
 239         ret = AVERROR(ENOSYS);
 240         goto fail;
 241     }
 242
 243     ret = AVERROR(ENOSYS);
 244     for (i = 0; i < count; i++) {
 245         if (!memcmp(&guids[i], &ctx->params.encodeGUID, sizeof(*guids))) {
 246             ret = 0;
 247             break;
 248         }
 249     }
 250
 251 fail:
 252     av_free(guids);
 253
 254     return ret;
 255 }
 256
 257 static int nvenc_check_cap(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_CAPS cap)
 258 {
 259     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
 260     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 261     NV_ENC_CAPS_PARAM params        = { 0 };
 262     int ret, val = 0;
 263
 264     params.version     = NV_ENC_CAPS_PARAM_VER;
 265     params.capsToQuery = cap;
 266
 267     ret = nv->nvEncGetEncodeCaps(ctx->nvenc_ctx, ctx->params.encodeGUID, &params, &val);
 268
 269     if (ret == NV_ENC_SUCCESS)
 270         return val;
 271     return 0;
 272 }
 273
 274 static int nvenc_check_capabilities(AVCodecContext *avctx)
 275 {
 276     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
 277     int ret;
 278
 279     ret = nvenc_check_codec_support(avctx);
 280     if (ret < 0) {
 281         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Codec not supported\n");
 282         return ret;
 283     }
 284
 285     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_SUPPORT_YUV444_ENCODE);
 286     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P && ret <= 0) {
 287         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "YUV444P not supported\n");
 288         return AVERROR(ENOSYS);
 289     }
 290
 291     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_WIDTH_MAX);
 292     if (ret < avctx->width) {
 293         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Width %d exceeds %d\n",
 294                avctx->width, ret);
 295         return AVERROR(ENOSYS);
 296     }
 297
 298     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_HEIGHT_MAX);
 299     if (ret < avctx->height) {
 300         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Height %d exceeds %d\n",
 301                avctx->height, ret);
 302         return AVERROR(ENOSYS);
 303     }
 304
 305     ret = nvenc_check_cap(avctx, NV_ENC_CAPS_NUM_MAX_BFRAMES);
 306     if (ret < avctx->max_b_frames) {
 307         av_log(avctx, AV_LOG_VERBOSE, "Max B-frames %d exceed %d\n",
 308                avctx->max_b_frames, ret);
 309
 310         return AVERROR(ENOSYS);
 311     }
 312
 313     return 0;
 314 }
 315
 316 static int nvenc_check_device(AVCodecContext *avctx, int idx)
 317 {
 318     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
 319     NVENCLibraryContext *nvel       = &ctx->nvel;
 320     char name[128]                  = { 0 };
 321     int major, minor, ret;
 322     CUdevice cu_device;
 323     CUcontext dummy;
 324     int loglevel = AV_LOG_VERBOSE;
 325
 326     if (ctx->device == LIST_DEVICES)
 327         loglevel = AV_LOG_INFO;
 328
 329     ret = nvel->cu_device_get(&cu_device, idx);
 330     if (ret != CUDA_SUCCESS) {
 331         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 332                "Cannot access the CUDA device %d\n",
 333                idx);
 334         return -1;
 335     }
 336
 337     ret = nvel->cu_device_get_name(name, sizeof(name), cu_device);
 338     if (ret != CUDA_SUCCESS)
 339         return -1;
 340
 341     ret = nvel->cu_device_compute_capability(&major, &minor, cu_device);
 342     if (ret != CUDA_SUCCESS)
 343         return -1;
 344
 345     av_log(avctx, loglevel, "Device %d [%s] ", cu_device, name);
 346
 347     if (((major << 4) | minor) < NVENC_CAP)
 348         goto fail;
 349
 350     ret = nvel->cu_ctx_create(&ctx->cu_context_internal, 0, cu_device);
 351     if (ret != CUDA_SUCCESS)
 352         goto fail;
 353
 354     ctx->cu_context = ctx->cu_context_internal;
 355
 356     ret = nvel->cu_ctx_pop_current(&dummy);
 357     if (ret != CUDA_SUCCESS)
 358         goto fail2;
 359
 360     if ((ret = nvenc_open_session(avctx)) < 0)
 361         goto fail2;
 362
 363     if ((ret = nvenc_check_capabilities(avctx)) < 0)
 364         goto fail3;
 365
 366     av_log(avctx, loglevel, "supports NVENC\n");
 367
 368     if (ctx->device == cu_device || ctx->device == ANY_DEVICE)
 369         return 0;
 370
 371 fail3:
 372     nvel->nvenc_funcs.nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
 373     ctx->nvenc_ctx = NULL;
 374
 375 fail2:
 376     nvel->cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
 377     ctx->cu_context_internal = NULL;
 378
 379 fail:
 380     if (ret != 0)
 381         av_log(avctx, loglevel, "does not support NVENC (major %d minor %d)\n",
 382                major, minor);
 383
 384     return AVERROR(ENOSYS);
 385 }
 386
 387 static int nvenc_setup_device(AVCodecContext *avctx)
 388 {
 389     NVENCContext *ctx         = avctx->priv_data;
 390     NVENCLibraryContext *nvel = &ctx->nvel;
 391
 392     switch (avctx->codec->id) {
 393     case AV_CODEC_ID_H264:
 394         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_H264_GUID;
 395         break;
 396     case AV_CODEC_ID_HEVC:
 397         ctx->params.encodeGUID = NV_ENC_CODEC_HEVC_GUID;
 398         break;
 399     default:
 400         return AVERROR_BUG;
 401     }
 402
 403     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
 404 #if CONFIG_CUDA
 405         AVHWFramesContext   *frames_ctx;
 406         AVCUDADeviceContext *device_hwctx;
 407         int ret;
 408
 409         if (!avctx->hw_frames_ctx)
 410             return AVERROR(EINVAL);
 411
 412         frames_ctx   = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
 413         device_hwctx = frames_ctx->device_ctx->hwctx;
 414
 415         ctx->cu_context = device_hwctx->cuda_ctx;
 416
 417         ret = nvenc_open_session(avctx);
 418         if (ret < 0)
 419             return ret;
 420
 421         ret = nvenc_check_capabilities(avctx);
 422         if (ret < 0)
 423             return ret;
 424 #else
 425         return AVERROR_BUG;
 426 #endif
 427     } else {
 428         int i, nb_devices = 0;
 429
 430         if ((nvel->cu_init(0)) != CUDA_SUCCESS) {
 431             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 432                    "Cannot init CUDA\n");
 433             return AVERROR_UNKNOWN;
 434         }
 435
 436         if ((nvel->cu_device_get_count(&nb_devices)) != CUDA_SUCCESS) {
 437             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 438                    "Cannot enumerate the CUDA devices\n");
 439             return AVERROR_UNKNOWN;
 440         }
 441
 442
 443         for (i = 0; i < nb_devices; ++i) {
 444             if ((nvenc_check_device(avctx, i)) >= 0 && ctx->device != LIST_DEVICES)
 445                 return 0;
 446         }
 447
 448         if (ctx->device == LIST_DEVICES)
 449             return AVERROR_EXIT;
 450
 451         return AVERROR(ENOSYS);
 452     }
 453
 454     return 0;
 455 }
 456
 457 typedef struct GUIDTuple {
 458     const GUID guid;
 459     int flags;
 460 } GUIDTuple;
 461
 462 static int nvec_map_preset(NVENCContext *ctx)
 463 {
 464     GUIDTuple presets[] = {
 465         { NV_ENC_PRESET_DEFAULT_GUID },
 466         { NV_ENC_PRESET_HP_GUID },
 467         { NV_ENC_PRESET_HQ_GUID },
 468         { NV_ENC_PRESET_BD_GUID },
 469         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_DEFAULT_GUID, NVENC_LOWLATENCY },
 470         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HP_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
 471         { NV_ENC_PRESET_LOW_LATENCY_HQ_GUID,      NVENC_LOWLATENCY },
 472         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_DEFAULT_GUID,    NVENC_LOSSLESS },
 473         { NV_ENC_PRESET_LOSSLESS_HP_GUID,         NVENC_LOSSLESS },
 474         { { 0 } }
 475     };
 476
 477     GUIDTuple *t = &presets[ctx->preset];
 478
 479     ctx->params.presetGUID = t->guid;
 480     ctx->flags             = t->flags;
 481
 482     return AVERROR(EINVAL);
 483 }
 484
 485 static void set_constqp(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
 486 {
 487     rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
 488     rc->constQP.qpInterB = avctx->global_quality;
 489     rc->constQP.qpInterP = avctx->global_quality;
 490     rc->constQP.qpIntra  = avctx->global_quality;
 491 }
 492
 493 static void set_vbr(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
 494 {
 495     if (avctx->qmin >= 0) {
 496         rc->enableMinQP    = 1;
 497         rc->minQP.qpInterB = avctx->qmin;
 498         rc->minQP.qpInterP = avctx->qmin;
 499         rc->minQP.qpIntra  = avctx->qmin;
 500     }
 501
 502     if (avctx->qmax >= 0) {
 503         rc->enableMaxQP = 1;
 504         rc->maxQP.qpInterB = avctx->qmax;
 505         rc->maxQP.qpInterP = avctx->qmax;
 506         rc->maxQP.qpIntra  = avctx->qmax;
 507     }
 508 }
 509
 510 static void set_lossless(AVCodecContext *avctx, NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
 511 {
 512     rc->rateControlMode  = NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP;
 513     rc->constQP.qpInterB = 0;
 514     rc->constQP.qpInterP = 0;
 515     rc->constQP.qpIntra  = 0;
 516 }
 517
 518 static void nvenc_override_rate_control(AVCodecContext *avctx,
 519                                         NV_ENC_RC_PARAMS *rc)
 520 {
 521     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
 522
 523     switch (ctx->rc) {
 524     case NV_ENC_PARAMS_RC_CONSTQP:
 525         if (avctx->global_quality < 0) {
 526             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 527                    "The constant quality rate-control requires "
 528                    "the 'global_quality' option set.\n");
 529             return;
 530         }
 531         set_constqp(avctx, rc);
 532         return;
 533     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_VBR:
 534     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR:
 535         if (avctx->qmin < 0 && avctx->qmax < 0) {
 536             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 537                    "The variable bitrate rate-control requires "
 538                    "the 'qmin' and/or 'qmax' option set.\n");
 539             return;
 540         }
 541     case NV_ENC_PARAMS_RC_VBR_MINQP:
 542         if (avctx->qmin < 0) {
 543             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 544                    "The variable bitrate rate-control requires "
 545                    "the 'qmin' option set.\n");
 546             return;
 547         }
 548         set_vbr(avctx, rc);
 549         break;
 550     case NV_ENC_PARAMS_RC_CBR:
 551         break;
 552     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_QUALITY:
 553     case NV_ENC_PARAMS_RC_2_PASS_FRAMESIZE_CAP:
 554         if (!(ctx->flags & NVENC_LOWLATENCY)) {
 555             av_log(avctx, AV_LOG_WARNING,
 556                    "The multipass rate-control requires "
 557                    "a low-latency preset.\n");
 558             return;
 559         }
 560     }
 561
 562     rc->rateControlMode = ctx->rc;
 563 }
 564
 565 static void nvenc_setup_rate_control(AVCodecContext *avctx)
 566 {
 567     NVENCContext *ctx    = avctx->priv_data;
 568     NV_ENC_RC_PARAMS *rc = &ctx->config.rcParams;
 569
 570     if (avctx->bit_rate > 0)
 571         rc->averageBitRate = avctx->bit_rate;
 572
 573     if (avctx->rc_max_rate > 0)
 574         rc->maxBitRate = avctx->rc_max_rate;
 575
 576     if (ctx->rc > 0) {
 577         nvenc_override_rate_control(avctx, rc);
 578     } else if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS) {
 579         set_lossless(avctx, rc);
 580     } else if (avctx->global_quality > 0) {
 581         set_constqp(avctx, rc);
 582     } else if (avctx->qmin >= 0 && avctx->qmax >= 0) {
 583         rc->rateControlMode = NV_ENC_PARAMS_RC_VBR;
 584         set_vbr(avctx, rc);
 585     }
 586
 587     if (avctx->rc_buffer_size > 0)
 588         rc->vbvBufferSize = avctx->rc_buffer_size;
 589
 590     if (rc->averageBitRate > 0)
 591         avctx->bit_rate = rc->averageBitRate;
 592 }
 593
 594 static int nvenc_setup_h264_config(AVCodecContext *avctx)
 595 {
 596     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
 597     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
 598     NV_ENC_CONFIG_H264 *h264               = &cc->encodeCodecConfig.h264Config;
 599     NV_ENC_CONFIG_H264_VUI_PARAMETERS *vui = &h264->h264VUIParameters;
 600
 601     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
 602                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
 603                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
 604
 605     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
 606     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
 607     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
 608
 609     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
 610
 611     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
 612                                       vui->videoFullRangeFlag;
 613
 614     h264->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
 615     h264->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
 616     h264->outputAUD     = 1;
 617
 618     h264->maxNumRefFrames = avctx->refs;
 619     h264->idrPeriod       = cc->gopLength;
 620
 621     if (ctx->flags & NVENC_LOSSLESS)
 622         h264->qpPrimeYZeroTransformBypassFlag = 1;
 623
 624     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
 625         h264->outputBufferingPeriodSEI = 1;
 626         h264->outputPictureTimingSEI   = 1;
 627     }
 628
 629     if (ctx->profile)
 630         avctx->profile = ctx->profile;
 631
 632     if (ctx->data_pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P)
 633         h264->chromaFormatIDC = 3;
 634     else
 635         h264->chromaFormatIDC = 1;
 636
 637     switch (ctx->profile) {
 638     case NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE:
 639         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_BASELINE_GUID;
 640         break;
 641     case NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN:
 642         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_MAIN_GUID;
 643         break;
 644     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH:
 645         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_GUID;
 646         break;
 647     case NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444:
 648         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_HIGH_444_GUID;
 649         break;
 650     case NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH:
 651         cc->profileGUID = NV_ENC_H264_PROFILE_CONSTRAINED_HIGH_GUID;
 652         break;
 653     }
 654
 655     h264->level = ctx->level;
 656
 657     return 0;
 658 }
 659
 660 static int nvenc_setup_hevc_config(AVCodecContext *avctx)
 661 {
 662     NVENCContext *ctx                      = avctx->priv_data;
 663     NV_ENC_CONFIG *cc                      = &ctx->config;
 664     NV_ENC_CONFIG_HEVC *hevc               = &cc->encodeCodecConfig.hevcConfig;
 665     NV_ENC_CONFIG_HEVC_VUI_PARAMETERS *vui = &hevc->hevcVUIParameters;
 666
 667     vui->colourDescriptionPresentFlag = avctx->colorspace      != AVCOL_SPC_UNSPECIFIED ||
 668                                         avctx->color_primaries != AVCOL_PRI_UNSPECIFIED ||
 669                                         avctx->color_trc       != AVCOL_TRC_UNSPECIFIED;
 670
 671     vui->colourMatrix            = avctx->colorspace;
 672     vui->colourPrimaries         = avctx->color_primaries;
 673     vui->transferCharacteristics = avctx->color_trc;
 674
 675     vui->videoFullRangeFlag = avctx->color_range == AVCOL_RANGE_JPEG;
 676
 677     vui->videoSignalTypePresentFlag = vui->colourDescriptionPresentFlag ||
 678                                       vui->videoFullRangeFlag;
 679
 680     hevc->disableSPSPPS = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 1 : 0;
 681     hevc->repeatSPSPPS  = (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) ? 0 : 1;
 682     hevc->outputAUD     = 1;
 683
 684     hevc->maxNumRefFramesInDPB = avctx->refs;
 685     hevc->idrPeriod            = cc->gopLength;
 686
 687     if (IS_CBR(cc->rcParams.rateControlMode)) {
 688         hevc->outputBufferingPeriodSEI = 1;
 689         hevc->outputPictureTimingSEI   = 1;
 690     }
 691
 692     /* No other profile is supported in the current SDK version 5 */
 693     cc->profileGUID = NV_ENC_HEVC_PROFILE_MAIN_GUID;
 694     avctx->profile  = FF_PROFILE_HEVC_MAIN;
 695
 696     if (ctx->level) {
 697         hevc->level = ctx->level;
 698     } else {
 699         hevc->level = NV_ENC_LEVEL_AUTOSELECT;
 700     }
 701
 702     if (ctx->tier) {
 703         hevc->tier = ctx->tier;
 704     }
 705
 706     return 0;
 707 }
 708 static int nvenc_setup_codec_config(AVCodecContext *avctx)
 709 {
 710     switch (avctx->codec->id) {
 711     case AV_CODEC_ID_H264:
 712         return nvenc_setup_h264_config(avctx);
 713     case AV_CODEC_ID_HEVC:
 714         return nvenc_setup_hevc_config(avctx);
 715     }
 716     return 0;
 717 }
 718
 719 static int nvenc_setup_encoder(AVCodecContext *avctx)
 720 {
 721     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
 722     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 723     NV_ENC_PRESET_CONFIG preset_cfg = { 0 };
 724     AVCPBProperties *cpb_props;
 725     int ret;
 726
 727     ctx->params.version = NV_ENC_INITIALIZE_PARAMS_VER;
 728
 729     ctx->params.encodeHeight = avctx->height;
 730     ctx->params.encodeWidth  = avctx->width;
 731
 732     if (avctx->sample_aspect_ratio.num &&
 733         avctx->sample_aspect_ratio.den &&
 734         (avctx->sample_aspect_ratio.num != 1 ||
 735          avctx->sample_aspect_ratio.den != 1)) {
 736         av_reduce(&ctx->params.darWidth,
 737                   &ctx->params.darHeight,
 738                   avctx->width * avctx->sample_aspect_ratio.num,
 739                   avctx->height * avctx->sample_aspect_ratio.den,
 740                   INT_MAX / 8);
 741     } else {
 742         ctx->params.darHeight = avctx->height;
 743         ctx->params.darWidth  = avctx->width;
 744     }
 745
 746     // De-compensate for hardware, dubiously, trying to compensate for
 747     // playback at 704 pixel width.
 748     if (avctx->width == 720 && (avctx->height == 480 || avctx->height == 576)) {
 749         av_reduce(&ctx->params.darWidth, &ctx->params.darHeight,
 750                   ctx->params.darWidth * 44,
 751                   ctx->params.darHeight * 45,
 752                   1024 * 1024);
 753     }
 754
 755     ctx->params.frameRateNum = avctx->time_base.den;
 756     ctx->params.frameRateDen = avctx->time_base.num * avctx->ticks_per_frame;
 757
 758     ctx->params.enableEncodeAsync = 0;
 759     ctx->params.enablePTD         = 1;
 760
 761     ctx->params.encodeConfig = &ctx->config;
 762
 763     nvec_map_preset(ctx);
 764
 765     preset_cfg.version           = NV_ENC_PRESET_CONFIG_VER;
 766     preset_cfg.presetCfg.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
 767
 768     ret = nv->nvEncGetEncodePresetConfig(ctx->nvenc_ctx,
 769                                          ctx->params.encodeGUID,
 770                                          ctx->params.presetGUID,
 771                                          &preset_cfg);
 772     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
 773         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the preset configuration");
 774
 775     memcpy(&ctx->config, &preset_cfg.presetCfg, sizeof(ctx->config));
 776
 777     ctx->config.version = NV_ENC_CONFIG_VER;
 778
 779     if (avctx->gop_size > 0) {
 780         if (avctx->max_b_frames > 0) {
 781             /* 0 is intra-only,
 782              * 1 is I/P only,
 783              * 2 is one B-Frame,
 784              * 3 two B-frames, and so on. */
 785             ctx->config.frameIntervalP = avctx->max_b_frames + 1;
 786         } else if (avctx->max_b_frames == 0) {
 787             ctx->config.frameIntervalP = 1;
 788         }
 789         ctx->config.gopLength = avctx->gop_size;
 790     } else if (avctx->gop_size == 0) {
 791         ctx->config.frameIntervalP = 0;
 792         ctx->config.gopLength      = 1;
 793     }
 794
 795     if (ctx->config.frameIntervalP > 1)
 796         avctx->max_b_frames = ctx->config.frameIntervalP - 1;
 797
 798     ctx->initial_pts[0] = AV_NOPTS_VALUE;
 799     ctx->initial_pts[1] = AV_NOPTS_VALUE;
 800
 801     nvenc_setup_rate_control(avctx);
 802
 803     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 804         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FIELD;
 805     } else {
 806         ctx->config.frameFieldMode = NV_ENC_PARAMS_FRAME_FIELD_MODE_FRAME;
 807     }
 808
 809     if ((ret = nvenc_setup_codec_config(avctx)) < 0)
 810         return ret;
 811
 812     ret = nv->nvEncInitializeEncoder(ctx->nvenc_ctx, &ctx->params);
 813     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
 814         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot initialize the decoder");
 815
 816     cpb_props = ff_add_cpb_side_data(avctx);
 817     if (!cpb_props)
 818         return AVERROR(ENOMEM);
 819     cpb_props->max_bitrate = avctx->rc_max_rate;
 820     cpb_props->min_bitrate = avctx->rc_min_rate;
 821     cpb_props->avg_bitrate = avctx->bit_rate;
 822     cpb_props->buffer_size = avctx->rc_buffer_size;
 823
 824     return 0;
 825 }
 826
 827 static int nvenc_alloc_surface(AVCodecContext *avctx, int idx)
 828 {
 829     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
 830     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 831     int ret;
 832     NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER out_buffer = { 0 };
 833
 834     switch (ctx->data_pix_fmt) {
 835     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
 836         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YV12_PL;
 837         break;
 838     case AV_PIX_FMT_NV12:
 839         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_NV12_PL;
 840         break;
 841     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
 842         ctx->frames[idx].format = NV_ENC_BUFFER_FORMAT_YUV444_PL;
 843         break;
 844     default:
 845         return AVERROR_BUG;
 846     }
 847
 848     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
 849         ctx->frames[idx].in_ref = av_frame_alloc();
 850         if (!ctx->frames[idx].in_ref)
 851             return AVERROR(ENOMEM);
 852     } else {
 853         NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER in_buffer      = { 0 };
 854
 855         in_buffer.version  = NV_ENC_CREATE_INPUT_BUFFER_VER;
 856
 857         in_buffer.width  = avctx->width;
 858         in_buffer.height = avctx->height;
 859
 860         in_buffer.bufferFmt  = ctx->frames[idx].format;
 861         in_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
 862
 863         ret = nv->nvEncCreateInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &in_buffer);
 864         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
 865             return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateInputBuffer failed");
 866
 867         ctx->frames[idx].in     = in_buffer.inputBuffer;
 868     }
 869
 870     out_buffer.version = NV_ENC_CREATE_BITSTREAM_BUFFER_VER;
 871     /* 1MB is large enough to hold most output frames.
 872      * NVENC increases this automatically if it is not enough. */
 873     out_buffer.size = BITSTREAM_BUFFER_SIZE;
 874
 875     out_buffer.memoryHeap = NV_ENC_MEMORY_HEAP_SYSMEM_UNCACHED;
 876
 877     ret = nv->nvEncCreateBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, &out_buffer);
 878     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
 879         return nvenc_print_error(avctx, ret, "CreateBitstreamBuffer failed");
 880
 881     ctx->frames[idx].out  = out_buffer.bitstreamBuffer;
 882
 883     return 0;
 884 }
 885
 886 static int nvenc_setup_surfaces(AVCodecContext *avctx)
 887 {
 888     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
 889     int i, ret;
 890
 891     ctx->nb_surfaces = FFMAX(4 + avctx->max_b_frames,
 892                              ctx->nb_surfaces);
 893     ctx->async_depth = FFMIN(ctx->async_depth, ctx->nb_surfaces - 1);
 894
 895
 896     ctx->frames = av_mallocz_array(ctx->nb_surfaces, sizeof(*ctx->frames));
 897     if (!ctx->frames)
 898         return AVERROR(ENOMEM);
 899
 900     ctx->timestamps = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(int64_t));
 901     if (!ctx->timestamps)
 902         return AVERROR(ENOMEM);
 903     ctx->pending = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
 904     if (!ctx->pending)
 905         return AVERROR(ENOMEM);
 906     ctx->ready = av_fifo_alloc(ctx->nb_surfaces * sizeof(*ctx->frames));
 907     if (!ctx->ready)
 908         return AVERROR(ENOMEM);
 909
 910     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
 911         if ((ret = nvenc_alloc_surface(avctx, i)) < 0)
 912             return ret;
 913     }
 914
 915     return 0;
 916 }
 917
 918 #define EXTRADATA_SIZE 512
 919
 920 static int nvenc_setup_extradata(AVCodecContext *avctx)
 921 {
 922     NVENCContext *ctx                     = avctx->priv_data;
 923     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv       = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 924     NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD payload = { 0 };
 925     int ret;
 926
 927     avctx->extradata = av_mallocz(EXTRADATA_SIZE + AV_INPUT_BUFFER_PADDING_SIZE);
 928     if (!avctx->extradata)
 929         return AVERROR(ENOMEM);
 930
 931     payload.version              = NV_ENC_SEQUENCE_PARAM_PAYLOAD_VER;
 932     payload.spsppsBuffer         = avctx->extradata;
 933     payload.inBufferSize         = EXTRADATA_SIZE;
 934     payload.outSPSPPSPayloadSize = &avctx->extradata_size;
 935
 936     ret = nv->nvEncGetSequenceParams(ctx->nvenc_ctx, &payload);
 937     if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
 938         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot get the extradata");
 939
 940     return 0;
 941 }
 942
 943 av_cold int ff_nvenc_encode_close(AVCodecContext *avctx)
 944 {
 945     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
 946     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
 947     int i;
 948
 949     /* the encoder has to be flushed before it can be closed */
 950     if (ctx->nvenc_ctx) {
 951         NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { .version        = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER,
 952                                             .encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS };
 953
 954         nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
 955     }
 956
 957     av_fifo_free(ctx->timestamps);
 958     av_fifo_free(ctx->pending);
 959     av_fifo_free(ctx->ready);
 960
 961     if (ctx->frames) {
 962         for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; ++i) {
 963             if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_CUDA) {
 964                 nv->nvEncDestroyInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in);
 965             } else if (ctx->frames[i].in) {
 966                 nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].in_map.mappedResource);
 967             }
 968
 969             av_frame_free(&ctx->frames[i].in_ref);
 970             nv->nvEncDestroyBitstreamBuffer(ctx->nvenc_ctx, ctx->frames[i].out);
 971         }
 972     }
 973     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
 974         if (ctx->registered_frames[i].regptr)
 975             nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx, ctx->registered_frames[i].regptr);
 976     }
 977     ctx->nb_registered_frames = 0;
 978
 979     av_freep(&ctx->frames);
 980
 981     if (ctx->nvenc_ctx)
 982         nv->nvEncDestroyEncoder(ctx->nvenc_ctx);
 983
 984     if (ctx->cu_context_internal)
 985         ctx->nvel.cu_ctx_destroy(ctx->cu_context_internal);
 986
 987     if (ctx->nvel.nvenc)
 988         dlclose(ctx->nvel.nvenc);
 989
 990 #if !CONFIG_CUDA
 991     if (ctx->nvel.cuda)
 992         dlclose(ctx->nvel.cuda);
 993 #endif
 994
 995     return 0;
 996 }
 997
 998 av_cold int ff_nvenc_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 999 {
1000     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1001     int ret;
1002
1003     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1004         AVHWFramesContext *frames_ctx;
1005         if (!avctx->hw_frames_ctx) {
1006             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1007                    "hw_frames_ctx must be set when using GPU frames as input\n");
1008             return AVERROR(EINVAL);
1009         }
1010         frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1011         ctx->data_pix_fmt = frames_ctx->sw_format;
1012     } else {
1013         ctx->data_pix_fmt = avctx->pix_fmt;
1014     }
1015
1016     if ((ret = nvenc_load_libraries(avctx)) < 0)
1017         return ret;
1018
1019     if ((ret = nvenc_setup_device(avctx)) < 0)
1020         return ret;
1021
1022     if ((ret = nvenc_setup_encoder(avctx)) < 0)
1023         return ret;
1024
1025     if ((ret = nvenc_setup_surfaces(avctx)) < 0)
1026         return ret;
1027
1028     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_GLOBAL_HEADER) {
1029         if ((ret = nvenc_setup_extradata(avctx)) < 0)
1030             return ret;
1031     }
1032
1033     return 0;
1034 }
1035
1036 static NVENCFrame *get_free_frame(NVENCContext *ctx)
1037 {
1038     int i;
1039
1040     for (i = 0; i < ctx->nb_surfaces; i++) {
1041         if (!ctx->frames[i].locked) {
1042             ctx->frames[i].locked = 1;
1043             return &ctx->frames[i];
1044         }
1045     }
1046
1047     return NULL;
1048 }
1049
1050 static int nvenc_copy_frame(NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER *in, const AVFrame *frame)
1051 {
1052     uint8_t *buf = in->bufferDataPtr;
1053     int off      = frame->height * in->pitch;
1054
1055     switch (frame->format) {
1056     case AV_PIX_FMT_YUV420P:
1057         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1058                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1059                             frame->width, frame->height);
1060         buf += off;
1061
1062         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1063                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1064                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1065
1066         buf += off >> 2;
1067
1068         av_image_copy_plane(buf, in->pitch >> 1,
1069                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1070                             frame->width >> 1, frame->height >> 1);
1071         break;
1072     case AV_PIX_FMT_NV12:
1073         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1074                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1075                             frame->width, frame->height);
1076         buf += off;
1077
1078         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1079                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1080                             frame->width, frame->height >> 1);
1081         break;
1082     case AV_PIX_FMT_YUV444P:
1083         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1084                             frame->data[0], frame->linesize[0],
1085                             frame->width, frame->height);
1086         buf += off;
1087
1088         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1089                             frame->data[1], frame->linesize[1],
1090                             frame->width, frame->height);
1091         buf += off;
1092
1093         av_image_copy_plane(buf, in->pitch,
1094                             frame->data[2], frame->linesize[2],
1095                             frame->width, frame->height);
1096         break;
1097     default:
1098         return AVERROR_BUG;
1099     }
1100
1101     return 0;
1102 }
1103
1104 static int nvenc_find_free_reg_resource(AVCodecContext *avctx)
1105 {
1106     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1107     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1108     int i;
1109
1110     if (ctx->nb_registered_frames == FF_ARRAY_ELEMS(ctx->registered_frames)) {
1111         for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1112             if (!ctx->registered_frames[i].mapped) {
1113                 if (ctx->registered_frames[i].regptr) {
1114                     nv->nvEncUnregisterResource(ctx->nvenc_ctx,
1115                                                 ctx->registered_frames[i].regptr);
1116                     ctx->registered_frames[i].regptr = NULL;
1117                 }
1118                 return i;
1119             }
1120         }
1121     } else {
1122         return ctx->nb_registered_frames++;
1123     }
1124
1125     av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Too many registered CUDA frames\n");
1126     return AVERROR(ENOMEM);
1127 }
1128
1129 static int nvenc_register_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame)
1130 {
1131     NVENCContext               *ctx = avctx->priv_data;
1132     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1133     AVHWFramesContext   *frames_ctx = (AVHWFramesContext*)avctx->hw_frames_ctx->data;
1134     NV_ENC_REGISTER_RESOURCE reg;
1135     int i, idx, ret;
1136
1137     for (i = 0; i < ctx->nb_registered_frames; i++) {
1138         if (ctx->registered_frames[i].ptr == (CUdeviceptr)frame->data[0])
1139             return i;
1140     }
1141
1142     idx = nvenc_find_free_reg_resource(avctx);
1143     if (idx < 0)
1144         return idx;
1145
1146     reg.version            = NV_ENC_REGISTER_RESOURCE_VER;
1147     reg.resourceType       = NV_ENC_INPUT_RESOURCE_TYPE_CUDADEVICEPTR;
1148     reg.width              = frames_ctx->width;
1149     reg.height             = frames_ctx->height;
1150     reg.bufferFormat       = ctx->frames[0].format;
1151     reg.pitch              = frame->linesize[0];
1152     reg.resourceToRegister = frame->data[0];
1153
1154     ret = nv->nvEncRegisterResource(ctx->nvenc_ctx, &reg);
1155     if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1156         nvenc_print_error(avctx, ret, "Error registering an input resource");
1157         return AVERROR_UNKNOWN;
1158     }
1159
1160     ctx->registered_frames[idx].ptr    = (CUdeviceptr)frame->data[0];
1161     ctx->registered_frames[idx].regptr = reg.registeredResource;
1162     return idx;
1163 }
1164
1165 static int nvenc_upload_frame(AVCodecContext *avctx, const AVFrame *frame,
1166                               NVENCFrame *nvenc_frame)
1167 {
1168     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1169     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1170     int ret;
1171
1172     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1173         int reg_idx;
1174
1175         ret = nvenc_register_frame(avctx, frame);
1176         if (ret < 0) {
1177             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "Could not register an input CUDA frame\n");
1178             return ret;
1179         }
1180         reg_idx = ret;
1181
1182         ret = av_frame_ref(nvenc_frame->in_ref, frame);
1183         if (ret < 0)
1184             return ret;
1185
1186         nvenc_frame->in_map.version            = NV_ENC_MAP_INPUT_RESOURCE_VER;
1187         nvenc_frame->in_map.registeredResource = ctx->registered_frames[reg_idx].regptr;
1188
1189         ret = nv->nvEncMapInputResource(ctx->nvenc_ctx, &nvenc_frame->in_map);
1190         if (ret != NV_ENC_SUCCESS) {
1191             av_frame_unref(nvenc_frame->in_ref);
1192             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Error mapping an input resource");
1193         }
1194
1195         ctx->registered_frames[reg_idx].mapped = 1;
1196         nvenc_frame->reg_idx                   = reg_idx;
1197         nvenc_frame->in                        = nvenc_frame->in_map.mappedResource;
1198     } else {
1199         NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER params = { 0 };
1200
1201         params.version     = NV_ENC_LOCK_INPUT_BUFFER_VER;
1202         params.inputBuffer = nvenc_frame->in;
1203
1204         ret = nv->nvEncLockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, &params);
1205         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1206             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the buffer");
1207
1208         ret = nvenc_copy_frame(&params, frame);
1209         if (ret < 0) {
1210             nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1211             return ret;
1212         }
1213
1214         ret = nv->nvEncUnlockInputBuffer(ctx->nvenc_ctx, nvenc_frame->in);
1215         if (ret != NV_ENC_SUCCESS)
1216             return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the buffer");
1217     }
1218
1219     return 0;
1220 }
1221
1222 static void nvenc_codec_specific_pic_params(AVCodecContext *avctx,
1223                                             NV_ENC_PIC_PARAMS *params)
1224 {
1225     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1226
1227     switch (avctx->codec->id) {
1228     case AV_CODEC_ID_H264:
1229         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceMode =
1230             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceMode;
1231         params->codecPicParams.h264PicParams.sliceModeData =
1232             ctx->config.encodeCodecConfig.h264Config.sliceModeData;
1233         break;
1234     case AV_CODEC_ID_HEVC:
1235         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceMode =
1236             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceMode;
1237         params->codecPicParams.hevcPicParams.sliceModeData =
1238             ctx->config.encodeCodecConfig.hevcConfig.sliceModeData;
1239         break;
1240     }
1241 }
1242
1243 static inline int nvenc_enqueue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t pts)
1244 {
1245     return av_fifo_generic_write(f, &pts, sizeof(pts), NULL);
1246 }
1247
1248 static inline int nvenc_dequeue_timestamp(AVFifoBuffer *f, int64_t *pts)
1249 {
1250     return av_fifo_generic_read(f, pts, sizeof(*pts), NULL);
1251 }
1252
1253 static int nvenc_set_timestamp(AVCodecContext *avctx,
1254                                NV_ENC_LOCK_BITSTREAM *params,
1255                                AVPacket *pkt)
1256 {
1257     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1258
1259     pkt->pts      = params->outputTimeStamp;
1260     pkt->duration = params->outputDuration;
1261
1262     /* generate the first dts by linearly extrapolating the
1263      * first two pts values to the past */
1264     if (avctx->max_b_frames > 0 && !ctx->first_packet_output &&
1265         ctx->initial_pts[1] != AV_NOPTS_VALUE) {
1266         int64_t ts0 = ctx->initial_pts[0], ts1 = ctx->initial_pts[1];
1267         int64_t delta;
1268
1269         if ((ts0 < 0 && ts1 > INT64_MAX + ts0) ||
1270             (ts0 > 0 && ts1 < INT64_MIN + ts0))
1271             return AVERROR(ERANGE);
1272         delta = ts1 - ts0;
1273
1274         if ((delta < 0 && ts0 > INT64_MAX + delta) ||
1275             (delta > 0 && ts0 < INT64_MIN + delta))
1276             return AVERROR(ERANGE);
1277         pkt->dts = ts0 - delta;
1278
1279         ctx->first_packet_output = 1;
1280         return 0;
1281     }
1282     return nvenc_dequeue_timestamp(ctx->timestamps, &pkt->dts);
1283 }
1284
1285 static int nvenc_get_output(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt)
1286 {
1287     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1288     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1289     NV_ENC_LOCK_BITSTREAM params    = { 0 };
1290     NVENCFrame *frame;
1291     int ret;
1292
1293     ret = av_fifo_generic_read(ctx->ready, &frame, sizeof(frame), NULL);
1294     if (ret)
1295         return ret;
1296
1297     params.version         = NV_ENC_LOCK_BITSTREAM_VER;
1298     params.outputBitstream = frame->out;
1299
1300     ret = nv->nvEncLockBitstream(ctx->nvenc_ctx, &params);
1301     if (ret < 0)
1302         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot lock the bitstream");
1303
1304     ret = ff_alloc_packet(pkt, params.bitstreamSizeInBytes);
1305     if (ret < 0)
1306         return ret;
1307
1308     memcpy(pkt->data, params.bitstreamBufferPtr, pkt->size);
1309
1310     ret = nv->nvEncUnlockBitstream(ctx->nvenc_ctx, frame->out);
1311     if (ret < 0)
1312         return nvenc_print_error(avctx, ret, "Cannot unlock the bitstream");
1313
1314     if (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_CUDA) {
1315         nv->nvEncUnmapInputResource(ctx->nvenc_ctx, frame->in_map.mappedResource);
1316         av_frame_unref(frame->in_ref);
1317         ctx->registered_frames[frame->reg_idx].mapped = 0;
1318
1319         frame->in = NULL;
1320     }
1321
1322     frame->locked = 0;
1323
1324     ret = nvenc_set_timestamp(avctx, &params, pkt);
1325     if (ret < 0)
1326         return ret;
1327
1328     switch (params.pictureType) {
1329     case NV_ENC_PIC_TYPE_IDR:
1330         pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1331 #if FF_API_CODED_FRAME
1332 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1333     case NV_ENC_PIC_TYPE_INTRA_REFRESH:
1334     case NV_ENC_PIC_TYPE_I:
1335         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
1336         break;
1337     case NV_ENC_PIC_TYPE_P:
1338         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
1339         break;
1340     case NV_ENC_PIC_TYPE_B:
1341         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_B;
1342         break;
1343     case NV_ENC_PIC_TYPE_BI:
1344         avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_BI;
1345         break;
1346 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1347 #endif
1348     }
1349
1350     return 0;
1351 }
1352
1353 static int output_ready(AVCodecContext *avctx, int flush)
1354 {
1355     NVENCContext *ctx = avctx->priv_data;
1356     int nb_ready, nb_pending;
1357
1358     /* when B-frames are enabled, we wait for two initial timestamps to
1359      * calculate the first dts */
1360     if (!flush && avctx->max_b_frames > 0 &&
1361         (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE || ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE))
1362         return 0;
1363
1364     nb_ready   = av_fifo_size(ctx->ready)   / sizeof(NVENCFrame*);
1365     nb_pending = av_fifo_size(ctx->pending) / sizeof(NVENCFrame*);
1366     if (flush)
1367         return nb_ready > 0;
1368     return (nb_ready > 0) && (nb_ready + nb_pending >= ctx->async_depth);
1369 }
1370
1371 int ff_nvenc_encode_frame(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1372                           const AVFrame *frame, int *got_packet)
1373 {
1374     NVENCContext *ctx               = avctx->priv_data;
1375     NV_ENCODE_API_FUNCTION_LIST *nv = &ctx->nvel.nvenc_funcs;
1376     NV_ENC_PIC_PARAMS params        = { 0 };
1377     NVENCFrame         *nvenc_frame = NULL;
1378     int enc_ret, ret;
1379
1380     params.version = NV_ENC_PIC_PARAMS_VER;
1381
1382     if (frame) {
1383         nvenc_frame = get_free_frame(ctx);
1384         if (!nvenc_frame) {
1385             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "No free surfaces\n");
1386             return AVERROR_BUG;
1387         }
1388
1389         ret = nvenc_upload_frame(avctx, frame, nvenc_frame);
1390         if (ret < 0)
1391             return ret;
1392
1393         params.inputBuffer     = nvenc_frame->in;
1394         params.bufferFmt       = nvenc_frame->format;
1395         params.inputWidth      = frame->width;
1396         params.inputHeight     = frame->height;
1397         params.outputBitstream = nvenc_frame->out;
1398         params.inputTimeStamp  = frame->pts;
1399
1400         if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
1401             if (frame->top_field_first)
1402                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_TOP_BOTTOM;
1403             else
1404                 params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FIELD_BOTTOM_TOP;
1405         } else {
1406             params.pictureStruct = NV_ENC_PIC_STRUCT_FRAME;
1407         }
1408
1409         nvenc_codec_specific_pic_params(avctx, &params);
1410
1411         ret = nvenc_enqueue_timestamp(ctx->timestamps, frame->pts);
1412         if (ret < 0)
1413             return ret;
1414
1415         if (ctx->initial_pts[0] == AV_NOPTS_VALUE)
1416             ctx->initial_pts[0] = frame->pts;
1417         else if (ctx->initial_pts[1] == AV_NOPTS_VALUE)
1418             ctx->initial_pts[1] = frame->pts;
1419     } else {
1420         params.encodePicFlags = NV_ENC_PIC_FLAG_EOS;
1421     }
1422
1423     enc_ret = nv->nvEncEncodePicture(ctx->nvenc_ctx, &params);
1424     if (enc_ret != NV_ENC_SUCCESS &&
1425         enc_ret != NV_ENC_ERR_NEED_MORE_INPUT)
1426         return nvenc_print_error(avctx, enc_ret, "Error encoding the frame");
1427
1428     if (nvenc_frame) {
1429         ret = av_fifo_generic_write(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1430         if (ret < 0)
1431             return ret;
1432     }
1433
1434     /* all the pending buffers are now ready for output */
1435     if (enc_ret == NV_ENC_SUCCESS) {
1436         while (av_fifo_size(ctx->pending) > 0) {
1437             av_fifo_generic_read(ctx->pending, &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1438             av_fifo_generic_write(ctx->ready,  &nvenc_frame, sizeof(nvenc_frame), NULL);
1439         }
1440     }
1441
1442     if (output_ready(avctx, !frame)) {
1443         ret = nvenc_get_output(avctx, pkt);
1444         if (ret < 0)
1445             return ret;
1446         *got_packet = 1;
1447     } else {
1448         *got_packet = 0;
1449     }
1450
1451     return 0;
1452 }