OSDN Git Service

5cf6d8b0f35edbcbd97e4e94855cd61647398ae9
[android-x86/external-ffmpeg.git] / 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 RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
27
28 #include "libavutil/attributes.h"
29 #include "libavutil/internal.h"
30 #include "libavutil/opt.h"
31 #include "avcodec.h"
32 #include "dsputil.h"
33 #include "internal.h"
34 #include "mpegvideo.h"
35 #include "dnxhdenc.h"
36
37 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
38 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18 // The largest value that will not lead to overflow for 10bit samples.
39
40 static const AVOption options[]={
41     {"nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility", offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_INT, {.i64 = 0}, 0, 1, VE},
42 {NULL}
43 };
44
45 static const AVClass dnxhd_class = {
46     .class_name = "dnxhd",
47     .item_name  = av_default_item_name,
48     .option     = options,
49     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
50 };
51
52 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
53
54 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
55 {
56     int i;
57     for (i = 0; i < 4; i++) {
58         block[0] = pixels[0]; block[1] = pixels[1];
59         block[2] = pixels[2]; block[3] = pixels[3];
60         block[4] = pixels[4]; block[5] = pixels[5];
61         block[6] = pixels[6]; block[7] = pixels[7];
62         pixels += line_size;
63         block += 8;
64     }
65     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
66     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
67     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
68     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
69 }
70
71 static av_always_inline void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block, const uint8_t *pixels, int line_size)
72 {
73     int i;
74     const uint16_t* pixels16 = (const uint16_t*)pixels;
75     line_size >>= 1;
76
77     for (i = 0; i < 4; i++) {
78         block[0] = pixels16[0]; block[1] = pixels16[1];
79         block[2] = pixels16[2]; block[3] = pixels16[3];
80         block[4] = pixels16[4]; block[5] = pixels16[5];
81         block[6] = pixels16[6]; block[7] = pixels16[7];
82         pixels16 += line_size;
83         block += 8;
84     }
85     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
86     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
87     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
88     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
89 }
90
91 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
92                                     int n, int qscale, int *overflow)
93 {
94     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
95     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
96     int last_non_zero = 0;
97     int i;
98
99     ctx->dsp.fdct(block);
100
101     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
102     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
103
104     for (i = 1; i < 64; ++i) {
105         int j = scantable[i];
106         int sign = block[j] >> 31;
107         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
108         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
109         block[j] = (level ^ sign) - sign;
110         if (level)
111             last_non_zero = i;
112     }
113
114     return last_non_zero;
115 }
116
117 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
118 {
119     int i, j, level, run;
120     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
121
122     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes, max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
123     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,  max_level*4*sizeof(*ctx->vlc_bits) , fail);
124     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes, 63*2,                                fail);
125     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,  63,                                  fail);
126
127     ctx->vlc_codes += max_level*2;
128     ctx->vlc_bits  += max_level*2;
129     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
130         for (run = 0; run < 2; run++) {
131             int index = (level<<1)|run;
132             int sign, offset = 0, alevel = level;
133
134             MASK_ABS(sign, alevel);
135             if (alevel > 64) {
136                 offset = (alevel-1)>>6;
137                 alevel -= offset<<6;
138             }
139             for (j = 0; j < 257; j++) {
140                 if (ctx->cid_table->ac_level[j] >> 1 == alevel &&
141                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 1) && offset) &&
142                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_flags[j] & 2) && run)) {
143                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
144                     if (alevel) {
145                         ctx->vlc_codes[index] = (ctx->cid_table->ac_codes[j]<<1)|(sign&1);
146                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits[j]+1;
147                     } else {
148                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
149                         ctx->vlc_bits [index] = ctx->cid_table->ac_bits [j];
150                     }
151                     break;
152                 }
153             }
154             av_assert0(!alevel || j < 257);
155             if (offset) {
156                 ctx->vlc_codes[index] = (ctx->vlc_codes[index]<<ctx->cid_table->index_bits)|offset;
157                 ctx->vlc_bits [index]+= ctx->cid_table->index_bits;
158             }
159         }
160     }
161     for (i = 0; i < 62; i++) {
162         int run = ctx->cid_table->run[i];
163         av_assert0(run < 63);
164         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
165         ctx->run_bits [run] = ctx->cid_table->run_bits[i];
166     }
167     return 0;
168  fail:
169     return -1;
170 }
171
172 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
173 {
174     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
175     uint16_t weight_matrix[64] = {1,}; // convert_matrix needs uint16_t*
176     int qscale, i;
177     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
178     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
179
180     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
181     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,   (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 *     sizeof(int),      fail);
182     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
183     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16, (ctx->m.avctx->qmax+1) * 64 * 2 * sizeof(uint16_t), fail);
184
185     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
186         for (i = 1; i < 64; i++) {
187             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
188             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
189         }
190         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16, weight_matrix,
191                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
192         for (i = 1; i < 64; i++) {
193             int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
194             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
195         }
196         ff_convert_matrix(&ctx->m.dsp, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16, weight_matrix,
197                           ctx->m.intra_quant_bias, 1, ctx->m.avctx->qmax, 1);
198
199         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
200             for (i = 0; i < 64; i++) {
201                 ctx->qmatrix_l  [qscale]   [i] <<= 2; ctx->qmatrix_c  [qscale]   [i] <<= 2;
202                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
203                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2; ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
204             }
205         }
206     } else {
207         // 10-bit
208         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
209             for (i = 1; i < 64; i++) {
210                 int j = ctx->m.dsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
211
212                 // The quantization formula from the VC-3 standard is:
213                 // quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p / (qscale * weight_table[i]))
214                 // Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
215                 // The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by the DCT routines,
216                 // and therefore is not present in standard.  It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
217                 // We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
218                 // ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) / (qscale * weight_table[i])
219                 // For 10-bit samples, p / s == 2
220                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * luma_weight_table[i]);
221                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) / (qscale * chroma_weight_table[i]);
222             }
223         }
224     }
225
226     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
227     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
228     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
229     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
230
231     return 0;
232  fail:
233     return -1;
234 }
235
236 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
237 {
238     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, 8160*ctx->m.avctx->qmax*sizeof(RCEntry), fail);
239     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD)
240         FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num*sizeof(RCCMPEntry), fail);
241
242     ctx->frame_bits = (ctx->cid_table->coding_unit_size - 640 - 4 - ctx->min_padding) * 8;
243     ctx->qscale = 1;
244     ctx->lambda = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
245     return 0;
246  fail:
247     return -1;
248 }
249
250 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
251 {
252     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
253     int i, index, bit_depth;
254
255     switch (avctx->pix_fmt) {
256     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
257         bit_depth = 8;
258         break;
259     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
260         bit_depth = 10;
261         break;
262     default:
263         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
264         return -1;
265     }
266
267     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, bit_depth);
268     if (!ctx->cid) {
269         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "video parameters incompatible with DNxHD. Valid DNxHD profiles:\n");
270         ff_dnxhd_print_profiles(avctx, AV_LOG_ERROR);
271         return -1;
272     }
273     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
274
275     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
276     av_assert0(index >= 0);
277     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
278
279     ctx->m.avctx = avctx;
280     ctx->m.mb_intra = 1;
281     ctx->m.h263_aic = 1;
282
283     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->cid_table->bit_depth;
284
285     ff_dct_common_init(&ctx->m);
286     ff_dct_encode_init(&ctx->m);
287
288     if (!ctx->m.dct_quantize)
289         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
290
291     if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
292        ctx->m.dct_quantize = dnxhd_10bit_dct_quantize;
293        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
294        ctx->block_width_l2 = 4;
295     } else {
296        ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
297        ctx->block_width_l2 = 3;
298     }
299
300     if (ARCH_X86)
301         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
302
303     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
304     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
305
306     if (avctx->flags & CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
307         ctx->interlaced = 1;
308         ctx->m.mb_height /= 2;
309     }
310
311     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
312
313     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
314         ctx->m.intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
315     if (dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->m.intra_quant_bias, 0) < 0) // XXX tune lbias/cbias
316         return -1;
317
318     // Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding in the coding unit payload
319     if (ctx->nitris_compat)
320         ctx->min_padding = 1600;
321
322     if (dnxhd_init_vlc(ctx) < 0)
323         return -1;
324     if (dnxhd_init_rc(ctx) < 0)
325         return -1;
326
327     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
328     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs, ctx->m.mb_height*sizeof(uint32_t), fail);
329     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,    ctx->m.mb_num   *sizeof(uint16_t), fail);
330     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,  ctx->m.mb_num   *sizeof(uint8_t),  fail);
331
332     ctx->frame.key_frame = 1;
333     ctx->frame.pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
334     ctx->m.avctx->coded_frame = &ctx->frame;
335
336     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
337         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
338         return -1;
339     }
340
341     ctx->thread[0] = ctx;
342     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
343         ctx->thread[i] =  av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
344         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
345     }
346
347     return 0;
348  fail: //for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
349     return -1;
350 }
351
352 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
353 {
354     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
355     static const uint8_t header_prefix[5] = { 0x00,0x00,0x02,0x80,0x01 };
356
357     memset(buf, 0, 640);
358
359     memcpy(buf, header_prefix, 5);
360     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field+2 : 0x01;
361     buf[6] = 0x80; // crc flag off
362     buf[7] = 0xa0; // reserved
363     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height>>ctx->interlaced); // ALPF
364     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
365     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height>>ctx->interlaced); // NAL
366
367     buf[0x21] = ctx->cid_table->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
368     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced<<2);
369     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
370     buf[0x2c] = ctx->interlaced ? 0 : 0x80;
371
372     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
373
374     buf[0x167] = 0x02; // reserved
375     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
376     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
377     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
378
379     ctx->msip = buf + 0x170;
380     return 0;
381 }
382
383 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
384 {
385     int nbits;
386     if (diff < 0) {
387         nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
388         diff--;
389     } else {
390         nbits = av_log2_16bit(2*diff);
391     }
392     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
393              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits]<<nbits) + (diff & ((1 << nbits) - 1)));
394 }
395
396 static av_always_inline void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index, int n)
397 {
398     int last_non_zero = 0;
399     int slevel, i, j;
400
401     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
402     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
403
404     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
405         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
406         slevel = block[j];
407         if (slevel) {
408             int run_level = i - last_non_zero - 1;
409             int rlevel = (slevel<<1)|!!run_level;
410             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
411             if (run_level)
412                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level], ctx->run_codes[run_level]);
413             last_non_zero = i;
414         }
415     }
416     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
417 }
418
419 static av_always_inline void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale, int last_index)
420 {
421     const uint8_t *weight_matrix;
422     int level;
423     int i;
424
425     weight_matrix = (n&2) ? ctx->cid_table->chroma_weight : ctx->cid_table->luma_weight;
426
427     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
428         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
429         level = block[j];
430         if (level) {
431             if (level < 0) {
432                 level = (1-2*level) * qscale * weight_matrix[i];
433                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
434                     if (weight_matrix[i] != 8)
435                         level += 8;
436                     level >>= 4;
437                 } else {
438                     if (weight_matrix[i] != 32)
439                         level += 32;
440                     level >>= 6;
441                 }
442                 level = -level;
443             } else {
444                 level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
445                 if (ctx->cid_table->bit_depth == 10) {
446                     if (weight_matrix[i] != 8)
447                         level += 8;
448                     level >>= 4;
449                 } else {
450                     if (weight_matrix[i] != 32)
451                         level += 32;
452                     level >>= 6;
453                 }
454             }
455             block[j] = level;
456         }
457     }
458 }
459
460 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
461 {
462     int score = 0;
463     int i;
464     for (i = 0; i < 64; i++)
465         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
466     return score;
467 }
468
469 static av_always_inline int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
470 {
471     int last_non_zero = 0;
472     int bits = 0;
473     int i, j, level;
474     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
475         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
476         level = block[j];
477         if (level) {
478             int run_level = i - last_non_zero - 1;
479             bits += ctx->vlc_bits[(level<<1)|!!run_level]+ctx->run_bits[run_level];
480             last_non_zero = i;
481         }
482     }
483     return bits;
484 }
485
486 static av_always_inline void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
487 {
488     const int bs = ctx->block_width_l2;
489     const int bw = 1 << bs;
490     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize)   + (mb_x << bs+1);
491     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
492     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] + ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs);
493     DSPContext *dsp = &ctx->m.dsp;
494
495     dsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      ctx->m.linesize);
496     dsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, ctx->m.linesize);
497     dsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      ctx->m.uvlinesize);
498     dsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      ctx->m.uvlinesize);
499
500     if (mb_y+1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
501         if (ctx->interlaced) {
502             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
503             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
504             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
505             ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
506         } else {
507             dsp->clear_block(ctx->blocks[4]);
508             dsp->clear_block(ctx->blocks[5]);
509             dsp->clear_block(ctx->blocks[6]);
510             dsp->clear_block(ctx->blocks[7]);
511         }
512     } else {
513         dsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_y + ctx->dct_y_offset,      ctx->m.linesize);
514         dsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_y + ctx->dct_y_offset + bw, ctx->m.linesize);
515         dsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_u + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
516         dsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_v + ctx->dct_uv_offset,     ctx->m.uvlinesize);
517     }
518 }
519
520 static av_always_inline int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
521 {
522     const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
523     return component[i];
524 }
525
526 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
527 {
528     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
529     int mb_y = jobnr, mb_x;
530     int qscale = ctx->qscale;
531     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
532     ctx = ctx->thread[threadnr];
533
534     ctx->m.last_dc[0] =
535     ctx->m.last_dc[1] =
536     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
537
538     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
539         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
540         int ssd     = 0;
541         int ac_bits = 0;
542         int dc_bits = 0;
543         int i;
544
545         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
546
547         for (i = 0; i < 8; i++) {
548             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
549             int overflow, nbits, diff, last_index;
550             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
551
552             memcpy(block, src_block, 64*sizeof(*block));
553             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
554             ac_bits += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
555
556             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
557             if (diff < 0) nbits = av_log2_16bit(-2*diff);
558             else          nbits = av_log2_16bit( 2*diff);
559
560             av_assert1(nbits < ctx->cid_table->bit_depth + 4);
561             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
562
563             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
564
565             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
566                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
567                 ctx->m.dsp.idct(block);
568                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
569             }
570         }
571         ctx->mb_rc[qscale][mb].ssd = ssd;
572         ctx->mb_rc[qscale][mb].bits = ac_bits+dc_bits+12+8*ctx->vlc_bits[0];
573     }
574     return 0;
575 }
576
577 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
578 {
579     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
580     int mb_y = jobnr, mb_x;
581     ctx = ctx->thread[threadnr];
582     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + 640 + ctx->slice_offs[jobnr], ctx->slice_size[jobnr]);
583
584     ctx->m.last_dc[0] =
585     ctx->m.last_dc[1] =
586     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->cid_table->bit_depth + 2);
587     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
588         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
589         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
590         int i;
591
592         put_bits(&ctx->m.pb, 12, qscale<<1);
593
594         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
595
596         for (i = 0; i < 8; i++) {
597             int16_t *block = ctx->blocks[i];
598             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
599             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block, 4&(2*i), qscale, &overflow);
600             //START_TIMER;
601             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
602             //STOP_TIMER("encode_block");
603         }
604     }
605     if (put_bits_count(&ctx->m.pb)&31)
606         put_bits(&ctx->m.pb, 32-(put_bits_count(&ctx->m.pb)&31), 0);
607     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
608     return 0;
609 }
610
611 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
612 {
613     int mb_y, mb_x;
614     int offset = 0;
615     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
616         int thread_size;
617         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
618         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
619         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
620             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
621             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
622         }
623         ctx->slice_size[mb_y] = (ctx->slice_size[mb_y]+31)&~31;
624         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
625         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
626         offset += thread_size;
627     }
628 }
629
630 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg, int jobnr, int threadnr)
631 {
632     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
633     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
634     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
635                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
636
637     ctx = ctx->thread[threadnr];
638     if (ctx->cid_table->bit_depth == 8) {
639         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y<<4) * ctx->m.linesize);
640         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
641             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
642             int sum;
643             int varc;
644
645             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16) {
646                 sum  = ctx->m.dsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
647                 varc = ctx->m.dsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
648             } else {
649                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
650                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
651                 sum = varc = 0;
652                 for (y = 0; y < bh; y++) {
653                     for (x = 0; x < bw; x++) {
654                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
655                         sum  += val;
656                         varc += val * val;
657                     }
658                 }
659             }
660             varc = (varc - (((unsigned)sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
661
662             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
663             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
664         }
665     } else { // 10-bit
666         int const linesize = ctx->m.linesize >> 1;
667         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
668             uint16_t *pix = (uint16_t*)ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
669             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
670             int sum = 0;
671             int sqsum = 0;
672             int mean, sqmean;
673             int i, j;
674             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
675             for (i = 0; i < 16; ++i) {
676                 for (j = 0; j < 16; ++j) {
677                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
678                     int const sample = (unsigned)pix[j] >> 6;
679                     sum += sample;
680                     sqsum += sample * sample;
681                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
682                 }
683                 pix += linesize;
684             }
685             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
686             sqmean = sqsum >> 8;
687             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
688             ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
689         }
690     }
691     return 0;
692 }
693
694 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
695 {
696     int lambda, up_step, down_step;
697     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
698     int x, y, q;
699
700     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
701         ctx->qscale = q;
702         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
703     }
704     up_step = down_step = 2<<LAMBDA_FRAC_BITS;
705     lambda = ctx->lambda;
706
707     for (;;) {
708         int bits = 0;
709         int end = 0;
710         if (lambda == last_higher) {
711             lambda++;
712             end = 1; // need to set final qscales/bits
713         }
714         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
715             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
716                 unsigned min = UINT_MAX;
717                 int qscale = 1;
718                 int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
719                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
720                     unsigned score = ctx->mb_rc[q][mb].bits*lambda+
721                         ((unsigned)ctx->mb_rc[q][mb].ssd<<LAMBDA_FRAC_BITS);
722                     if (score < min) {
723                         min = score;
724                         qscale = q;
725                     }
726                 }
727                 bits += ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
728                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
729                 ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[qscale][mb].bits;
730             }
731             bits = (bits+31)&~31; // padding
732             if (bits > ctx->frame_bits)
733                 break;
734         }
735         //av_dlog(ctx->m.avctx, "lambda %d, up %u, down %u, bits %d, frame %d\n",
736         //        lambda, last_higher, last_lower, bits, ctx->frame_bits);
737         if (end) {
738             if (bits > ctx->frame_bits)
739                 return -1;
740             break;
741         }
742         if (bits < ctx->frame_bits) {
743             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
744             if (last_higher != 0)
745                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
746             else
747                 lambda -= down_step;
748             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
749             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
750             lambda = FFMAX(1, lambda);
751             if (lambda == last_lower)
752                 break;
753         } else {
754             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
755             if (last_lower != INT_MAX)
756                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
757             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
758                 return -1;
759             else
760                 lambda += up_step;
761             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
762             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
763         }
764     }
765     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out lambda %d\n", lambda);
766     ctx->lambda = lambda;
767     return 0;
768 }
769
770 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
771 {
772     int bits = 0;
773     int up_step = 1;
774     int down_step = 1;
775     int last_higher = 0;
776     int last_lower = INT_MAX;
777     int qscale;
778     int x, y;
779
780     qscale = ctx->qscale;
781     for (;;) {
782         bits = 0;
783         ctx->qscale = qscale;
784         // XXX avoid recalculating bits
785         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
786         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
787             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
788                 bits += ctx->mb_rc[qscale][y*ctx->m.mb_width+x].bits;
789             bits = (bits+31)&~31; // padding
790             if (bits > ctx->frame_bits)
791                 break;
792         }
793         //av_dlog(ctx->m.avctx, "%d, qscale %d, bits %d, frame %d, higher %d, lower %d\n",
794         //        ctx->m.avctx->frame_number, qscale, bits, ctx->frame_bits, last_higher, last_lower);
795         if (bits < ctx->frame_bits) {
796             if (qscale == 1)
797                 return 1;
798             if (last_higher == qscale - 1) {
799                 qscale = last_higher;
800                 break;
801             }
802             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
803             if (last_higher != 0)
804                 qscale = (qscale+last_higher)>>1;
805             else
806                 qscale -= down_step++;
807             if (qscale < 1)
808                 qscale = 1;
809             up_step = 1;
810         } else {
811             if (last_lower == qscale + 1)
812                 break;
813             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
814             if (last_lower != INT_MAX)
815                 qscale = (qscale+last_lower)>>1;
816             else
817                 qscale += up_step++;
818             down_step = 1;
819             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
820                 return -1;
821         }
822     }
823     //av_dlog(ctx->m.avctx, "out qscale %d\n", qscale);
824     ctx->qscale = qscale;
825     return 0;
826 }
827
828 #define BUCKET_BITS 8
829 #define RADIX_PASSES 4
830 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
831
832 static inline int get_bucket(int value, int shift)
833 {
834     value >>= shift;
835     value &= NBUCKETS - 1;
836     return NBUCKETS - 1 - value;
837 }
838
839 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
840 {
841     int i, j;
842     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
843     for (i = 0; i < size; i++) {
844         int v = data[i].value;
845         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
846             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
847             v >>= BUCKET_BITS;
848         }
849         av_assert1(!v);
850     }
851     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
852         int offset = size;
853         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
854             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
855         av_assert1(!buckets[j][0]);
856     }
857 }
858
859 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data, int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
860 {
861     int shift = pass * BUCKET_BITS;
862     int i;
863     for (i = 0; i < size; i++) {
864         int v = get_bucket(data[i].value, shift);
865         int pos = buckets[v]++;
866         dst[pos] = data[i];
867     }
868 }
869
870 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, int size)
871 {
872     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
873     RCCMPEntry *tmp = av_malloc(sizeof(*tmp) * size);
874     radix_count(data, size, buckets);
875     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
876     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
877     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
878         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
879         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
880     }
881     av_free(tmp);
882 }
883
884 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
885 {
886     int max_bits = 0;
887     int ret, x, y;
888     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
889         return -1;
890     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
891         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
892             int mb = y*ctx->m.mb_width+x;
893             int delta_bits;
894             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
895             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
896             max_bits += ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits;
897             if (!RC_VARIANCE) {
898                 delta_bits = ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
899                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
900                 ctx->mb_cmp[mb].value = delta_bits ?
901                     ((ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].ssd-ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].ssd)*100)/delta_bits
902                     : INT_MIN; //avoid increasing qscale
903             }
904         }
905         max_bits += 31; //worst padding
906     }
907     if (!ret) {
908         if (RC_VARIANCE)
909             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread, NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
910         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->m.mb_num);
911         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
912             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
913             max_bits -= ctx->mb_rc[ctx->qscale][mb].bits - ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
914             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale+1;
915             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[ctx->qscale+1][mb].bits;
916         }
917     }
918     return 0;
919 }
920
921 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
922 {
923     int i;
924
925     for (i = 0; i < 3; i++) {
926         ctx->frame.data[i]     = frame->data[i];
927         ctx->frame.linesize[i] = frame->linesize[i];
928     }
929
930     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
931         ctx->thread[i]->m.linesize    = ctx->frame.linesize[0]<<ctx->interlaced;
932         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = ctx->frame.linesize[1]<<ctx->interlaced;
933         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
934         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
935     }
936
937     ctx->frame.interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
938     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
939 }
940
941 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
942                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
943 {
944     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
945     int first_field = 1;
946     int offset, i, ret;
947     uint8_t *buf;
948
949     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->cid_table->frame_size)) < 0)
950         return ret;
951     buf = pkt->data;
952
953     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
954
955  encode_coding_unit:
956     for (i = 0; i < 3; i++) {
957         ctx->src[i] = ctx->frame.data[i];
958         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
959             ctx->src[i] += ctx->frame.linesize[i];
960     }
961
962     dnxhd_write_header(avctx, buf);
963
964     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
965         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
966     else
967         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
968     if (ret < 0) {
969         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
970                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
971         return -1;
972     }
973
974     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
975
976     offset = 0;
977     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
978         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
979         offset += ctx->slice_size[i];
980         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
981     }
982
983     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
984
985     av_assert1(640 + offset + 4 <= ctx->cid_table->coding_unit_size);
986     memset(buf + 640 + offset, 0, ctx->cid_table->coding_unit_size - 4 - offset - 640);
987
988     AV_WB32(buf + ctx->cid_table->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
989
990     if (ctx->interlaced && first_field) {
991         first_field     = 0;
992         ctx->cur_field ^= 1;
993         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
994         goto encode_coding_unit;
995     }
996
997     ctx->frame.quality = ctx->qscale*FF_QP2LAMBDA;
998
999     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1000     *got_packet = 1;
1001     return 0;
1002 }
1003
1004 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1005 {
1006     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1007     int max_level = 1<<(ctx->cid_table->bit_depth+2);
1008     int i;
1009
1010     av_free(ctx->vlc_codes-max_level*2);
1011     av_free(ctx->vlc_bits -max_level*2);
1012     av_freep(&ctx->run_codes);
1013     av_freep(&ctx->run_bits);
1014
1015     av_freep(&ctx->mb_bits);
1016     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1017     av_freep(&ctx->mb_rc);
1018     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1019     av_freep(&ctx->slice_size);
1020     av_freep(&ctx->slice_offs);
1021
1022     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1023     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1024     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1025     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1026
1027     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1028         av_freep(&ctx->thread[i]);
1029
1030     return 0;
1031 }
1032
1033 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1034     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1035     { NULL },
1036 };
1037
1038 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1039     .name           = "dnxhd",
1040     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1041     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1042     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1043     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1044     .init           = dnxhd_encode_init,
1045     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1046     .close          = dnxhd_encode_end,
1047     .capabilities   = CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1048     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]){ AV_PIX_FMT_YUV422P,
1049                                                   AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1050                                                   AV_PIX_FMT_NONE },
1051     .priv_class     = &dnxhd_class,
1052     .defaults       = dnxhd_defaults,
1053 };