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 #include "libavutil/attributes.h"
  27 #include "libavutil/internal.h"
  28 #include "libavutil/opt.h"
  29 #include "libavutil/timer.h"
  30
  31 #include "avcodec.h"
  32 #include "blockdsp.h"
  33 #include "fdctdsp.h"
  34 #include "internal.h"
  35 #include "mpegvideo.h"
  36 #include "pixblockdsp.h"
  37 #include "profiles.h"
  38 #include "dnxhdenc.h"
  39
  40 // The largest value that will not lead to overflow for 10-bit samples.
  41 #define DNX10BIT_QMAT_SHIFT 18
  42 #define RC_VARIANCE 1 // use variance or ssd for fast rc
  43 #define LAMBDA_FRAC_BITS 10
  44
  45 #define VE AV_OPT_FLAG_VIDEO_PARAM | AV_OPT_FLAG_ENCODING_PARAM
  46 static const AVOption options[] = {
  47     { "nitris_compat", "encode with Avid Nitris compatibility",
  48         offsetof(DNXHDEncContext, nitris_compat), AV_OPT_TYPE_BOOL, { .i64 = 0 }, 0, 1, VE },
  49     { "ibias", "intra quant bias",
  50         offsetof(DNXHDEncContext, intra_quant_bias), AV_OPT_TYPE_INT,
  51         { .i64 = 0 }, INT_MIN, INT_MAX, VE },
  52     { "profile",       NULL, offsetof(DNXHDEncContext, profile), AV_OPT_TYPE_INT,
  53         { .i64 = FF_PROFILE_DNXHD },
  54         FF_PROFILE_DNXHD, FF_PROFILE_DNXHR_444, VE, "profile" },
  55     { "dnxhd",     NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHD },
  56         0, 0, VE, "profile" },
  57     { "dnxhr_444", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_444 },
  58         0, 0, VE, "profile" },
  59     { "dnxhr_hqx", NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_HQX },
  60         0, 0, VE, "profile" },
  61     { "dnxhr_hq",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_HQ },
  62         0, 0, VE, "profile" },
  63     { "dnxhr_sq",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_SQ },
  64         0, 0, VE, "profile" },
  65     { "dnxhr_lb",  NULL, 0, AV_OPT_TYPE_CONST, { .i64 = FF_PROFILE_DNXHR_LB },
  66         0, 0, VE, "profile" },
  67     { NULL }
  68 };
  69
  70 static const AVClass dnxhd_class = {
  71     .class_name = "dnxhd",
  72     .item_name  = av_default_item_name,
  73     .option     = options,
  74     .version    = LIBAVUTIL_VERSION_INT,
  75 };
  76
  77 static void dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block,
  78                                           const uint8_t *pixels,
  79                                           ptrdiff_t line_size)
  80 {
  81     int i;
  82     for (i = 0; i < 4; i++) {
  83         block[0] = pixels[0];
  84         block[1] = pixels[1];
  85         block[2] = pixels[2];
  86         block[3] = pixels[3];
  87         block[4] = pixels[4];
  88         block[5] = pixels[5];
  89         block[6] = pixels[6];
  90         block[7] = pixels[7];
  91         pixels  += line_size;
  92         block   += 8;
  93     }
  94     memcpy(block,      block -  8, sizeof(*block) * 8);
  95     memcpy(block +  8, block - 16, sizeof(*block) * 8);
  96     memcpy(block + 16, block - 24, sizeof(*block) * 8);
  97     memcpy(block + 24, block - 32, sizeof(*block) * 8);
  98 }
  99
 100 static av_always_inline
 101 void dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym(int16_t *av_restrict block,
 102                                     const uint8_t *pixels,
 103                                     ptrdiff_t line_size)
 104 {
 105     memcpy(block + 0 * 8, pixels + 0 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 106     memcpy(block + 7 * 8, pixels + 0 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 107     memcpy(block + 1 * 8, pixels + 1 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 108     memcpy(block + 6 * 8, pixels + 1 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 109     memcpy(block + 2 * 8, pixels + 2 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 110     memcpy(block + 5 * 8, pixels + 2 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 111     memcpy(block + 3 * 8, pixels + 3 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 112     memcpy(block + 4 * 8, pixels + 3 * line_size, 8 * sizeof(*block));
 113 }
 114
 115 static int dnxhd_10bit_dct_quantize_444(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
 116                                         int n, int qscale, int *overflow)
 117 {
 118     int i, j, level, last_non_zero, start_i;
 119     const int *qmat;
 120     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
 121     int bias;
 122     int max = 0;
 123     unsigned int threshold1, threshold2;
 124
 125     ctx->fdsp.fdct(block);
 126
 127     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
 128     start_i = 1;
 129     last_non_zero = 0;
 130     qmat = n < 4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
 131     bias= ctx->intra_quant_bias * (1 << (16 - 8));
 132     threshold1 = (1 << 16) - bias - 1;
 133     threshold2 = (threshold1 << 1);
 134
 135     for (i = 63; i >= start_i; i--) {
 136         j = scantable[i];
 137         level = block[j] * qmat[j];
 138
 139         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 140             last_non_zero = i;
 141             break;
 142         } else{
 143             block[j]=0;
 144         }
 145     }
 146
 147     for (i = start_i; i <= last_non_zero; i++) {
 148         j = scantable[i];
 149         level = block[j] * qmat[j];
 150
 151         if (((unsigned)(level + threshold1)) > threshold2) {
 152             if (level > 0) {
 153                 level = (bias + level) >> 16;
 154                 block[j] = level;
 155             } else{
 156                 level = (bias - level) >> 16;
 157                 block[j] = -level;
 158             }
 159             max |= level;
 160         } else {
 161             block[j] = 0;
 162         }
 163     }
 164     *overflow = ctx->max_qcoeff < max; //overflow might have happened
 165
 166     /* we need this permutation so that we correct the IDCT, we only permute the !=0 elements */
 167     if (ctx->idsp.perm_type != FF_IDCT_PERM_NONE)
 168         ff_block_permute(block, ctx->idsp.idct_permutation,
 169                          scantable, last_non_zero);
 170
 171     return last_non_zero;
 172 }
 173
 174 static int dnxhd_10bit_dct_quantize(MpegEncContext *ctx, int16_t *block,
 175                                     int n, int qscale, int *overflow)
 176 {
 177     const uint8_t *scantable= ctx->intra_scantable.scantable;
 178     const int *qmat = n<4 ? ctx->q_intra_matrix[qscale] : ctx->q_chroma_intra_matrix[qscale];
 179     int last_non_zero = 0;
 180     int i;
 181
 182     ctx->fdsp.fdct(block);
 183
 184     // Divide by 4 with rounding, to compensate scaling of DCT coefficients
 185     block[0] = (block[0] + 2) >> 2;
 186
 187     for (i = 1; i < 64; ++i) {
 188         int j = scantable[i];
 189         int sign = FF_SIGNBIT(block[j]);
 190         int level = (block[j] ^ sign) - sign;
 191         level = level * qmat[j] >> DNX10BIT_QMAT_SHIFT;
 192         block[j] = (level ^ sign) - sign;
 193         if (level)
 194             last_non_zero = i;
 195     }
 196
 197     /* we need this permutation so that we correct the IDCT, we only permute the !=0 elements */
 198     if (ctx->idsp.perm_type != FF_IDCT_PERM_NONE)
 199         ff_block_permute(block, ctx->idsp.idct_permutation,
 200                          scantable, last_non_zero);
 201
 202     return last_non_zero;
 203 }
 204
 205 static av_cold int dnxhd_init_vlc(DNXHDEncContext *ctx)
 206 {
 207     int i, j, level, run;
 208     int max_level = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
 209
 210     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_codes,
 211                       max_level, 4 * sizeof(*ctx->vlc_codes), fail);
 212     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->vlc_bits,
 213                       max_level, 4 * sizeof(*ctx->vlc_bits), fail);
 214     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_codes,
 215                       63 * 2, fail);
 216     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->run_bits,
 217                       63, fail);
 218
 219     ctx->vlc_codes += max_level * 2;
 220     ctx->vlc_bits  += max_level * 2;
 221     for (level = -max_level; level < max_level; level++) {
 222         for (run = 0; run < 2; run++) {
 223             int index = (level << 1) | run;
 224             int sign, offset = 0, alevel = level;
 225
 226             MASK_ABS(sign, alevel);
 227             if (alevel > 64) {
 228                 offset  = (alevel - 1) >> 6;
 229                 alevel -= offset << 6;
 230             }
 231             for (j = 0; j < 257; j++) {
 232                 if (ctx->cid_table->ac_info[2*j+0] >> 1 == alevel &&
 233                     (!offset || (ctx->cid_table->ac_info[2*j+1] & 1) && offset) &&
 234                     (!run    || (ctx->cid_table->ac_info[2*j+1] & 2) && run)) {
 235                     av_assert1(!ctx->vlc_codes[index]);
 236                     if (alevel) {
 237                         ctx->vlc_codes[index] =
 238                             (ctx->cid_table->ac_codes[j] << 1) | (sign & 1);
 239                         ctx->vlc_bits[index] = ctx->cid_table->ac_bits[j] + 1;
 240                     } else {
 241                         ctx->vlc_codes[index] = ctx->cid_table->ac_codes[j];
 242                         ctx->vlc_bits[index]  = ctx->cid_table->ac_bits[j];
 243                     }
 244                     break;
 245                 }
 246             }
 247             av_assert0(!alevel || j < 257);
 248             if (offset) {
 249                 ctx->vlc_codes[index] =
 250                     (ctx->vlc_codes[index] << ctx->cid_table->index_bits) | offset;
 251                 ctx->vlc_bits[index] += ctx->cid_table->index_bits;
 252             }
 253         }
 254     }
 255     for (i = 0; i < 62; i++) {
 256         int run = ctx->cid_table->run[i];
 257         av_assert0(run < 63);
 258         ctx->run_codes[run] = ctx->cid_table->run_codes[i];
 259         ctx->run_bits[run]  = ctx->cid_table->run_bits[i];
 260     }
 261     return 0;
 262 fail:
 263     return AVERROR(ENOMEM);
 264 }
 265
 266 static av_cold int dnxhd_init_qmat(DNXHDEncContext *ctx, int lbias, int cbias)
 267 {
 268     // init first elem to 1 to avoid div by 0 in convert_matrix
 269     uint16_t weight_matrix[64] = { 1, }; // convert_matrix needs uint16_t*
 270     int qscale, i;
 271     const uint8_t *luma_weight_table   = ctx->cid_table->luma_weight;
 272     const uint8_t *chroma_weight_table = ctx->cid_table->chroma_weight;
 273
 274     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l,
 275                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * sizeof(int), fail);
 276     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c,
 277                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * sizeof(int), fail);
 278     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_l16,
 279                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * 2 * sizeof(uint16_t),
 280                       fail);
 281     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->qmatrix_c16,
 282                       (ctx->m.avctx->qmax + 1), 64 * 2 * sizeof(uint16_t),
 283                       fail);
 284
 285     if (ctx->bit_depth == 8) {
 286         for (i = 1; i < 64; i++) {
 287             int j = ctx->m.idsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 288             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->luma_weight[i];
 289         }
 290         ff_convert_matrix(&ctx->m, ctx->qmatrix_l, ctx->qmatrix_l16,
 291                           weight_matrix, ctx->intra_quant_bias, 1,
 292                           ctx->m.avctx->qmax, 1);
 293         for (i = 1; i < 64; i++) {
 294             int j = ctx->m.idsp.idct_permutation[ff_zigzag_direct[i]];
 295             weight_matrix[j] = ctx->cid_table->chroma_weight[i];
 296         }
 297         ff_convert_matrix(&ctx->m, ctx->qmatrix_c, ctx->qmatrix_c16,
 298                           weight_matrix, ctx->intra_quant_bias, 1,
 299                           ctx->m.avctx->qmax, 1);
 300
 301         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 302             for (i = 0; i < 64; i++) {
 303                 ctx->qmatrix_l[qscale][i]      <<= 2;
 304                 ctx->qmatrix_c[qscale][i]      <<= 2;
 305                 ctx->qmatrix_l16[qscale][0][i] <<= 2;
 306                 ctx->qmatrix_l16[qscale][1][i] <<= 2;
 307                 ctx->qmatrix_c16[qscale][0][i] <<= 2;
 308                 ctx->qmatrix_c16[qscale][1][i] <<= 2;
 309             }
 310         }
 311     } else {
 312         // 10-bit
 313         for (qscale = 1; qscale <= ctx->m.avctx->qmax; qscale++) {
 314             for (i = 1; i < 64; i++) {
 315                 int j = ff_zigzag_direct[i];
 316
 317                 /* The quantization formula from the VC-3 standard is:
 318                  * quantized = sign(block[i]) * floor(abs(block[i]/s) * p /
 319                  *             (qscale * weight_table[i]))
 320                  * Where p is 32 for 8-bit samples and 8 for 10-bit ones.
 321                  * The s factor compensates scaling of DCT coefficients done by
 322                  * the DCT routines, and therefore is not present in standard.
 323                  * It's 8 for 8-bit samples and 4 for 10-bit ones.
 324                  * We want values of ctx->qtmatrix_l and ctx->qtmatrix_r to be:
 325                  *     ((1 << DNX10BIT_QMAT_SHIFT) * (p / s)) /
 326                  *     (qscale * weight_table[i])
 327                  * For 10-bit samples, p / s == 2 */
 328                 ctx->qmatrix_l[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) /
 329                                             (qscale * luma_weight_table[i]);
 330                 ctx->qmatrix_c[qscale][j] = (1 << (DNX10BIT_QMAT_SHIFT + 1)) /
 331                                             (qscale * chroma_weight_table[i]);
 332             }
 333         }
 334     }
 335
 336     ctx->m.q_chroma_intra_matrix16 = ctx->qmatrix_c16;
 337     ctx->m.q_chroma_intra_matrix   = ctx->qmatrix_c;
 338     ctx->m.q_intra_matrix16        = ctx->qmatrix_l16;
 339     ctx->m.q_intra_matrix          = ctx->qmatrix_l;
 340
 341     return 0;
 342 fail:
 343     return AVERROR(ENOMEM);
 344 }
 345
 346 static av_cold int dnxhd_init_rc(DNXHDEncContext *ctx)
 347 {
 348     FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_rc, (ctx->m.avctx->qmax + 1),
 349                           ctx->m.mb_num * sizeof(RCEntry), fail);
 350     if (ctx->m.avctx->mb_decision != FF_MB_DECISION_RD) {
 351         FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp,
 352                           ctx->m.mb_num, sizeof(RCCMPEntry), fail);
 353         FF_ALLOCZ_ARRAY_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_cmp_tmp,
 354                           ctx->m.mb_num, sizeof(RCCMPEntry), fail);
 355     }
 356     ctx->frame_bits = (ctx->coding_unit_size -
 357                        ctx->data_offset - 4 - ctx->min_padding) * 8;
 358     ctx->qscale = 1;
 359     ctx->lambda = 2 << LAMBDA_FRAC_BITS; // qscale 2
 360     return 0;
 361 fail:
 362     return AVERROR(ENOMEM);
 363 }
 364
 365 static int dnxhd_get_hr_frame_size(const CIDEntry* profile, int mb_num)
 366 {
 367   int result = mb_num * profile->packet_scale.num / profile->packet_scale.den;
 368   result = (result + 2048) / 4096 * 4096;
 369   return FFMAX(result, 8192);
 370 }
 371
 372 static av_cold int dnxhd_encode_init(AVCodecContext *avctx)
 373 {
 374     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 375     int i, index, ret;
 376
 377     switch (avctx->pix_fmt) {
 378     case AV_PIX_FMT_YUV422P:
 379         ctx->bit_depth = 8;
 380         break;
 381     case AV_PIX_FMT_YUV422P10:
 382     case AV_PIX_FMT_YUV444P10:
 383     case AV_PIX_FMT_GBRP10:
 384         ctx->bit_depth = 10;
 385         break;
 386     default:
 387         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 388                "pixel format is incompatible with DNxHD\n");
 389         return AVERROR(EINVAL);
 390     }
 391
 392     if ((ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_444 && (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV444P10 &&
 393                                                   avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_GBRP10)) ||
 394         (ctx->profile != FF_PROFILE_DNXHR_444 && (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10 ||
 395                                                   avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_GBRP10))) {
 396         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 397                "pixel format is incompatible with DNxHD profile\n");
 398         return AVERROR(EINVAL);
 399     }
 400
 401     if (ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQX && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV422P10) {
 402         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 403                "pixel format is incompatible with DNxHR HQX profile\n");
 404         return AVERROR(EINVAL);
 405     }
 406
 407     if ((ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_LB ||
 408          ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_SQ ||
 409          ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQ) && avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_YUV422P) {
 410         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 411                "pixel format is incompatible with DNxHR LB/SQ/HQ profile\n");
 412         return AVERROR(EINVAL);
 413     }
 414
 415     ctx->is_444 = ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_444;
 416     avctx->profile = ctx->profile;
 417     ctx->cid = ff_dnxhd_find_cid(avctx, ctx->bit_depth);
 418     if (!ctx->cid) {
 419         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 420                "video parameters incompatible with DNxHD. Valid DNxHD profiles:\n");
 421         ff_dnxhd_print_profiles(avctx, AV_LOG_ERROR);
 422         return AVERROR(EINVAL);
 423     }
 424     av_log(avctx, AV_LOG_DEBUG, "cid %d\n", ctx->cid);
 425
 426     if (ctx->cid >= 1270 && ctx->cid <= 1274)
 427         avctx->codec_tag = MKTAG('A','V','d','h');
 428
 429     if (avctx->width < 256 || avctx->height < 120) {
 430         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
 431                "Input dimensions too small, input must be at least 256x120\n");
 432         return AVERROR(EINVAL);
 433     }
 434
 435     index = ff_dnxhd_get_cid_table(ctx->cid);
 436     av_assert0(index >= 0);
 437
 438     ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
 439
 440     ctx->m.avctx    = avctx;
 441     ctx->m.mb_intra = 1;
 442     ctx->m.h263_aic = 1;
 443
 444     avctx->bits_per_raw_sample = ctx->bit_depth;
 445
 446     ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, avctx);
 447     ff_fdctdsp_init(&ctx->m.fdsp, avctx);
 448     ff_mpv_idct_init(&ctx->m);
 449     ff_mpegvideoencdsp_init(&ctx->m.mpvencdsp, avctx);
 450     ff_pixblockdsp_init(&ctx->m.pdsp, avctx);
 451     ff_dct_encode_init(&ctx->m);
 452
 453     if (ctx->profile != FF_PROFILE_DNXHD)
 454         ff_videodsp_init(&ctx->m.vdsp, ctx->bit_depth);
 455
 456     if (!ctx->m.dct_quantize)
 457         ctx->m.dct_quantize = ff_dct_quantize_c;
 458
 459     if (ctx->is_444 || ctx->profile == FF_PROFILE_DNXHR_HQX) {
 460         ctx->m.dct_quantize     = dnxhd_10bit_dct_quantize_444;
 461         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
 462         ctx->block_width_l2     = 4;
 463     } else if (ctx->bit_depth == 10) {
 464         ctx->m.dct_quantize     = dnxhd_10bit_dct_quantize;
 465         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_10bit_get_pixels_8x4_sym;
 466         ctx->block_width_l2     = 4;
 467     } else {
 468         ctx->get_pixels_8x4_sym = dnxhd_8bit_get_pixels_8x4_sym;
 469         ctx->block_width_l2     = 3;
 470     }
 471
 472     if (ARCH_X86)
 473         ff_dnxhdenc_init_x86(ctx);
 474
 475     ctx->m.mb_height = (avctx->height + 15) / 16;
 476     ctx->m.mb_width  = (avctx->width  + 15) / 16;
 477
 478     if (avctx->flags & AV_CODEC_FLAG_INTERLACED_DCT) {
 479         ctx->interlaced   = 1;
 480         ctx->m.mb_height /= 2;
 481     }
 482
 483     ctx->m.mb_num = ctx->m.mb_height * ctx->m.mb_width;
 484
 485     if (ctx->cid_table->frame_size == DNXHD_VARIABLE) {
 486         ctx->frame_size = dnxhd_get_hr_frame_size(ctx->cid_table,
 487                                                   ctx->m.mb_num);
 488         ctx->coding_unit_size = ctx->frame_size;
 489     } else {
 490         ctx->frame_size = ctx->cid_table->frame_size;
 491         ctx->coding_unit_size = ctx->cid_table->coding_unit_size;
 492     }
 493
 494     if (ctx->m.mb_height > 68)
 495         ctx->data_offset = 0x170 + (ctx->m.mb_height << 2);
 496     else
 497         ctx->data_offset = 0x280;
 498
 499 #if FF_API_QUANT_BIAS
 500 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 501     if (avctx->intra_quant_bias != FF_DEFAULT_QUANT_BIAS)
 502         ctx->intra_quant_bias = avctx->intra_quant_bias;
 503 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 504 #endif
 505     // XXX tune lbias/cbias
 506     if ((ret = dnxhd_init_qmat(ctx, ctx->intra_quant_bias, 0)) < 0)
 507         return ret;
 508
 509     /* Avid Nitris hardware decoder requires a minimum amount of padding
 510      * in the coding unit payload */
 511     if (ctx->nitris_compat)
 512         ctx->min_padding = 1600;
 513
 514     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx)) < 0)
 515         return ret;
 516     if ((ret = dnxhd_init_rc(ctx)) < 0)
 517         return ret;
 518
 519     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_size,
 520                       ctx->m.mb_height * sizeof(uint32_t), fail);
 521     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->slice_offs,
 522                       ctx->m.mb_height * sizeof(uint32_t), fail);
 523     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_bits,
 524                       ctx->m.mb_num * sizeof(uint16_t), fail);
 525     FF_ALLOCZ_OR_GOTO(ctx->m.avctx, ctx->mb_qscale,
 526                       ctx->m.mb_num * sizeof(uint8_t), fail);
 527
 528 #if FF_API_CODED_FRAME
 529 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 530     avctx->coded_frame->key_frame = 1;
 531     avctx->coded_frame->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
 532 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
 533 #endif
 534
 535     if (avctx->thread_count > MAX_THREADS) {
 536         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "too many threads\n");
 537         return AVERROR(EINVAL);
 538     }
 539
 540     if (avctx->qmax <= 1) {
 541         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "qmax must be at least 2\n");
 542         return AVERROR(EINVAL);
 543     }
 544
 545     ctx->thread[0] = ctx;
 546     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++) {
 547         ctx->thread[i] = av_malloc(sizeof(DNXHDEncContext));
 548         memcpy(ctx->thread[i], ctx, sizeof(DNXHDEncContext));
 549     }
 550
 551     return 0;
 552 fail:  // for FF_ALLOCZ_OR_GOTO
 553     return AVERROR(ENOMEM);
 554 }
 555
 556 static int dnxhd_write_header(AVCodecContext *avctx, uint8_t *buf)
 557 {
 558     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 559
 560     memset(buf, 0, ctx->data_offset);
 561
 562     // * write prefix */
 563     AV_WB16(buf + 0x02, ctx->data_offset);
 564     if (ctx->cid >= 1270 && ctx->cid <= 1274)
 565         buf[4] = 0x03;
 566     else
 567         buf[4] = 0x01;
 568
 569     buf[5] = ctx->interlaced ? ctx->cur_field + 2 : 0x01;
 570     buf[6] = 0x80; // crc flag off
 571     buf[7] = 0xa0; // reserved
 572     AV_WB16(buf + 0x18, avctx->height >> ctx->interlaced); // ALPF
 573     AV_WB16(buf + 0x1a, avctx->width);  // SPL
 574     AV_WB16(buf + 0x1d, avctx->height >> ctx->interlaced); // NAL
 575
 576     buf[0x21] = ctx->bit_depth == 10 ? 0x58 : 0x38;
 577     buf[0x22] = 0x88 + (ctx->interlaced << 2);
 578     AV_WB32(buf + 0x28, ctx->cid); // CID
 579     buf[0x2c] = (!ctx->interlaced << 7) | (ctx->is_444 << 6) | (avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10);
 580
 581     buf[0x5f] = 0x01; // UDL
 582
 583     buf[0x167] = 0x02; // reserved
 584     AV_WB16(buf + 0x16a, ctx->m.mb_height * 4 + 4); // MSIPS
 585     buf[0x16d] = ctx->m.mb_height; // Ns
 586     buf[0x16f] = 0x10; // reserved
 587
 588     ctx->msip = buf + 0x170;
 589     return 0;
 590 }
 591
 592 static av_always_inline void dnxhd_encode_dc(DNXHDEncContext *ctx, int diff)
 593 {
 594     int nbits;
 595     if (diff < 0) {
 596         nbits = av_log2_16bit(-2 * diff);
 597         diff--;
 598     } else {
 599         nbits = av_log2_16bit(2 * diff);
 600     }
 601     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits,
 602              (ctx->cid_table->dc_codes[nbits] << nbits) +
 603              av_mod_uintp2(diff, nbits));
 604 }
 605
 606 static av_always_inline
 607 void dnxhd_encode_block(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block,
 608                         int last_index, int n)
 609 {
 610     int last_non_zero = 0;
 611     int slevel, i, j;
 612
 613     dnxhd_encode_dc(ctx, block[0] - ctx->m.last_dc[n]);
 614     ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 615
 616     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 617         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 618         slevel = block[j];
 619         if (slevel) {
 620             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 621             int rlevel = (slevel << 1) | !!run_level;
 622             put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[rlevel], ctx->vlc_codes[rlevel]);
 623             if (run_level)
 624                 put_bits(&ctx->m.pb, ctx->run_bits[run_level],
 625                          ctx->run_codes[run_level]);
 626             last_non_zero = i;
 627         }
 628     }
 629     put_bits(&ctx->m.pb, ctx->vlc_bits[0], ctx->vlc_codes[0]); // EOB
 630 }
 631
 632 static av_always_inline
 633 void dnxhd_unquantize_c(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int n,
 634                         int qscale, int last_index)
 635 {
 636     const uint8_t *weight_matrix;
 637     int level;
 638     int i;
 639
 640     if (ctx->is_444) {
 641         weight_matrix = ((n % 6) < 2) ? ctx->cid_table->luma_weight
 642                                       : ctx->cid_table->chroma_weight;
 643     } else {
 644         weight_matrix = (n & 2) ? ctx->cid_table->chroma_weight
 645                                 : ctx->cid_table->luma_weight;
 646     }
 647
 648     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 649         int j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 650         level = block[j];
 651         if (level) {
 652             if (level < 0) {
 653                 level = (1 - 2 * level) * qscale * weight_matrix[i];
 654                 if (ctx->bit_depth == 10) {
 655                     if (weight_matrix[i] != 8)
 656                         level += 8;
 657                     level >>= 4;
 658                 } else {
 659                     if (weight_matrix[i] != 32)
 660                         level += 32;
 661                     level >>= 6;
 662                 }
 663                 level = -level;
 664             } else {
 665                 level = (2 * level + 1) * qscale * weight_matrix[i];
 666                 if (ctx->bit_depth == 10) {
 667                     if (weight_matrix[i] != 8)
 668                         level += 8;
 669                     level >>= 4;
 670                 } else {
 671                     if (weight_matrix[i] != 32)
 672                         level += 32;
 673                     level >>= 6;
 674                 }
 675             }
 676             block[j] = level;
 677         }
 678     }
 679 }
 680
 681 static av_always_inline int dnxhd_ssd_block(int16_t *qblock, int16_t *block)
 682 {
 683     int score = 0;
 684     int i;
 685     for (i = 0; i < 64; i++)
 686         score += (block[i] - qblock[i]) * (block[i] - qblock[i]);
 687     return score;
 688 }
 689
 690 static av_always_inline
 691 int dnxhd_calc_ac_bits(DNXHDEncContext *ctx, int16_t *block, int last_index)
 692 {
 693     int last_non_zero = 0;
 694     int bits = 0;
 695     int i, j, level;
 696     for (i = 1; i <= last_index; i++) {
 697         j = ctx->m.intra_scantable.permutated[i];
 698         level = block[j];
 699         if (level) {
 700             int run_level = i - last_non_zero - 1;
 701             bits += ctx->vlc_bits[(level << 1) |
 702                     !!run_level] + ctx->run_bits[run_level];
 703             last_non_zero = i;
 704         }
 705     }
 706     return bits;
 707 }
 708
 709 static av_always_inline
 710 void dnxhd_get_blocks(DNXHDEncContext *ctx, int mb_x, int mb_y)
 711 {
 712     const int bs = ctx->block_width_l2;
 713     const int bw = 1 << bs;
 714     int dct_y_offset = ctx->dct_y_offset;
 715     int dct_uv_offset = ctx->dct_uv_offset;
 716     int linesize = ctx->m.linesize;
 717     int uvlinesize = ctx->m.uvlinesize;
 718     const uint8_t *ptr_y = ctx->thread[0]->src[0] +
 719                            ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize) + (mb_x << bs + 1);
 720     const uint8_t *ptr_u = ctx->thread[0]->src[1] +
 721                            ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs + ctx->is_444);
 722     const uint8_t *ptr_v = ctx->thread[0]->src[2] +
 723                            ((mb_y << 4) * ctx->m.uvlinesize) + (mb_x << bs + ctx->is_444);
 724     PixblockDSPContext *pdsp = &ctx->m.pdsp;
 725     VideoDSPContext *vdsp = &ctx->m.vdsp;
 726
 727     if (ctx->bit_depth != 10 && vdsp->emulated_edge_mc && ((mb_x << 4) + 16 > ctx->m.avctx->width ||
 728                                                            (mb_y << 4) + 16 > ctx->m.avctx->height)) {
 729         int y_w = ctx->m.avctx->width  - (mb_x << 4);
 730         int y_h = ctx->m.avctx->height - (mb_y << 4);
 731         int uv_w = (y_w + 1) / 2;
 732         int uv_h = y_h;
 733         linesize = 16;
 734         uvlinesize = 8;
 735
 736         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_y[0], ptr_y,
 737                                linesize, ctx->m.linesize,
 738                                linesize, 16,
 739                                0, 0, y_w, y_h);
 740         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[0][0], ptr_u,
 741                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 742                                uvlinesize, 16,
 743                                0, 0, uv_w, uv_h);
 744         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[1][0], ptr_v,
 745                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 746                                uvlinesize, 16,
 747                                0, 0, uv_w, uv_h);
 748
 749         dct_y_offset =  bw * linesize;
 750         dct_uv_offset = bw * uvlinesize;
 751         ptr_y = &ctx->edge_buf_y[0];
 752         ptr_u = &ctx->edge_buf_uv[0][0];
 753         ptr_v = &ctx->edge_buf_uv[1][0];
 754     } else if (ctx->bit_depth == 10 && vdsp->emulated_edge_mc && ((mb_x << 3) + 8 > ctx->m.avctx->width ||
 755                                                                   (mb_y << 3) + 8 > ctx->m.avctx->height)) {
 756         int y_w = ctx->m.avctx->width  - (mb_x << 3);
 757         int y_h = ctx->m.avctx->height - (mb_y << 3);
 758         int uv_w = ctx->is_444 ? y_w : (y_w + 1) / 2;
 759         int uv_h = y_h;
 760         linesize = 16;
 761         uvlinesize = 8 + 8 * ctx->is_444;
 762
 763         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_y[0], ptr_y,
 764                                linesize, ctx->m.linesize,
 765                                linesize / 2, 16,
 766                                0, 0, y_w, y_h);
 767         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[0][0], ptr_u,
 768                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 769                                uvlinesize / 2, 16,
 770                                0, 0, uv_w, uv_h);
 771         vdsp->emulated_edge_mc(&ctx->edge_buf_uv[1][0], ptr_v,
 772                                uvlinesize, ctx->m.uvlinesize,
 773                                uvlinesize / 2, 16,
 774                                0, 0, uv_w, uv_h);
 775
 776         dct_y_offset =  bw * linesize;
 777         dct_uv_offset = bw * uvlinesize;
 778         ptr_y = &ctx->edge_buf_y[0];
 779         ptr_u = &ctx->edge_buf_uv[0][0];
 780         ptr_v = &ctx->edge_buf_uv[1][0];
 781     }
 782
 783     if (!ctx->is_444) {
 784         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      linesize);
 785         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, linesize);
 786         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      uvlinesize);
 787         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_v,      uvlinesize);
 788
 789         if (mb_y + 1 == ctx->m.mb_height && ctx->m.avctx->height == 1080) {
 790             if (ctx->interlaced) {
 791                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[4],
 792                                         ptr_y + dct_y_offset,
 793                                         linesize);
 794                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[5],
 795                                         ptr_y + dct_y_offset + bw,
 796                                         linesize);
 797                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[6],
 798                                         ptr_u + dct_uv_offset,
 799                                         uvlinesize);
 800                 ctx->get_pixels_8x4_sym(ctx->blocks[7],
 801                                         ptr_v + dct_uv_offset,
 802                                         uvlinesize);
 803             } else {
 804                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[4]);
 805                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[5]);
 806                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[6]);
 807                 ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[7]);
 808             }
 809         } else {
 810             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[4],
 811                              ptr_y + dct_y_offset, linesize);
 812             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[5],
 813                              ptr_y + dct_y_offset + bw, linesize);
 814             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[6],
 815                              ptr_u + dct_uv_offset, uvlinesize);
 816             pdsp->get_pixels(ctx->blocks[7],
 817                              ptr_v + dct_uv_offset, uvlinesize);
 818         }
 819     } else {
 820         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[0], ptr_y,      linesize);
 821         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[1], ptr_y + bw, linesize);
 822         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[6], ptr_y + dct_y_offset, linesize);
 823         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[7], ptr_y + dct_y_offset + bw, linesize);
 824
 825         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[2], ptr_u,      uvlinesize);
 826         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[3], ptr_u + bw, uvlinesize);
 827         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[8], ptr_u + dct_uv_offset, uvlinesize);
 828         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[9], ptr_u + dct_uv_offset + bw, uvlinesize);
 829
 830         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[4], ptr_v,      uvlinesize);
 831         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[5], ptr_v + bw, uvlinesize);
 832         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[10], ptr_v + dct_uv_offset, uvlinesize);
 833         pdsp->get_pixels(ctx->blocks[11], ptr_v + dct_uv_offset + bw, uvlinesize);
 834     }
 835 }
 836
 837 static av_always_inline
 838 int dnxhd_switch_matrix(DNXHDEncContext *ctx, int i)
 839 {
 840     int x;
 841
 842     if (ctx->is_444) {
 843         x = (i >> 1) % 3;
 844     } else {
 845         const static uint8_t component[8]={0,0,1,2,0,0,1,2};
 846         x = component[i];
 847     }
 848     return x;
 849 }
 850
 851 static int dnxhd_calc_bits_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
 852                                   int jobnr, int threadnr)
 853 {
 854     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 855     int mb_y = jobnr, mb_x;
 856     int qscale = ctx->qscale;
 857     LOCAL_ALIGNED_16(int16_t, block, [64]);
 858     ctx = ctx->thread[threadnr];
 859
 860     ctx->m.last_dc[0] =
 861     ctx->m.last_dc[1] =
 862     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
 863
 864     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 865         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 866         int ssd     = 0;
 867         int ac_bits = 0;
 868         int dc_bits = 0;
 869         int i;
 870
 871         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 872
 873         for (i = 0; i < 8 + 4 * ctx->is_444; i++) {
 874             int16_t *src_block = ctx->blocks[i];
 875             int overflow, nbits, diff, last_index;
 876             int n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 877
 878             memcpy(block, src_block, 64 * sizeof(*block));
 879             last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block,
 880                                              ctx->is_444 ? 4 * (n > 0): 4 & (2*i),
 881                                              qscale, &overflow);
 882             ac_bits   += dnxhd_calc_ac_bits(ctx, block, last_index);
 883
 884             diff = block[0] - ctx->m.last_dc[n];
 885             if (diff < 0)
 886                 nbits = av_log2_16bit(-2 * diff);
 887             else
 888                 nbits = av_log2_16bit(2 * diff);
 889
 890             av_assert1(nbits < ctx->bit_depth + 4);
 891             dc_bits += ctx->cid_table->dc_bits[nbits] + nbits;
 892
 893             ctx->m.last_dc[n] = block[0];
 894
 895             if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD || !RC_VARIANCE) {
 896                 dnxhd_unquantize_c(ctx, block, i, qscale, last_index);
 897                 ctx->m.idsp.idct(block);
 898                 ssd += dnxhd_ssd_block(block, src_block);
 899             }
 900         }
 901         ctx->mb_rc[(qscale * ctx->m.mb_num) + mb].ssd  = ssd;
 902         ctx->mb_rc[(qscale * ctx->m.mb_num) + mb].bits = ac_bits + dc_bits + 12 +
 903                                      (1 + ctx->is_444) * 8 * ctx->vlc_bits[0];
 904     }
 905     return 0;
 906 }
 907
 908 static int dnxhd_encode_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
 909                                int jobnr, int threadnr)
 910 {
 911     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 912     int mb_y = jobnr, mb_x;
 913     ctx = ctx->thread[threadnr];
 914     init_put_bits(&ctx->m.pb, (uint8_t *)arg + ctx->data_offset + ctx->slice_offs[jobnr],
 915                   ctx->slice_size[jobnr]);
 916
 917     ctx->m.last_dc[0] =
 918     ctx->m.last_dc[1] =
 919     ctx->m.last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
 920     for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 921         unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 922         int qscale = ctx->mb_qscale[mb];
 923         int i;
 924
 925         put_bits(&ctx->m.pb, 11, qscale);
 926         put_bits(&ctx->m.pb, 1, avctx->pix_fmt == AV_PIX_FMT_YUV444P10);
 927
 928         dnxhd_get_blocks(ctx, mb_x, mb_y);
 929
 930         for (i = 0; i < 8 + 4 * ctx->is_444; i++) {
 931             int16_t *block = ctx->blocks[i];
 932             int overflow, n = dnxhd_switch_matrix(ctx, i);
 933             int last_index = ctx->m.dct_quantize(&ctx->m, block,
 934                                                  ctx->is_444 ? (((i >> 1) % 3) < 1 ? 0 : 4): 4 & (2*i),
 935                                                  qscale, &overflow);
 936             // START_TIMER;
 937             dnxhd_encode_block(ctx, block, last_index, n);
 938             // STOP_TIMER("encode_block");
 939         }
 940     }
 941     if (put_bits_count(&ctx->m.pb) & 31)
 942         put_bits(&ctx->m.pb, 32 - (put_bits_count(&ctx->m.pb) & 31), 0);
 943     flush_put_bits(&ctx->m.pb);
 944     return 0;
 945 }
 946
 947 static void dnxhd_setup_threads_slices(DNXHDEncContext *ctx)
 948 {
 949     int mb_y, mb_x;
 950     int offset = 0;
 951     for (mb_y = 0; mb_y < ctx->m.mb_height; mb_y++) {
 952         int thread_size;
 953         ctx->slice_offs[mb_y] = offset;
 954         ctx->slice_size[mb_y] = 0;
 955         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; mb_x++) {
 956             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 957             ctx->slice_size[mb_y] += ctx->mb_bits[mb];
 958         }
 959         ctx->slice_size[mb_y]   = (ctx->slice_size[mb_y] + 31) & ~31;
 960         ctx->slice_size[mb_y] >>= 3;
 961         thread_size = ctx->slice_size[mb_y];
 962         offset += thread_size;
 963     }
 964 }
 965
 966 static int dnxhd_mb_var_thread(AVCodecContext *avctx, void *arg,
 967                                int jobnr, int threadnr)
 968 {
 969     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
 970     int mb_y = jobnr, mb_x, x, y;
 971     int partial_last_row = (mb_y == ctx->m.mb_height - 1) &&
 972                            ((avctx->height >> ctx->interlaced) & 0xF);
 973
 974     ctx = ctx->thread[threadnr];
 975     if (ctx->bit_depth == 8) {
 976         uint8_t *pix = ctx->thread[0]->src[0] + ((mb_y << 4) * ctx->m.linesize);
 977         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x, pix += 16) {
 978             unsigned mb = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
 979             int sum;
 980             int varc;
 981
 982             if (!partial_last_row && mb_x * 16 <= avctx->width - 16 && (avctx->width % 16) == 0) {
 983                 sum  = ctx->m.mpvencdsp.pix_sum(pix, ctx->m.linesize);
 984                 varc = ctx->m.mpvencdsp.pix_norm1(pix, ctx->m.linesize);
 985             } else {
 986                 int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
 987                 int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
 988                 sum = varc = 0;
 989                 for (y = 0; y < bh; y++) {
 990                     for (x = 0; x < bw; x++) {
 991                         uint8_t val = pix[x + y * ctx->m.linesize];
 992                         sum  += val;
 993                         varc += val * val;
 994                     }
 995                 }
 996             }
 997             varc = (varc - (((unsigned) sum * sum) >> 8) + 128) >> 8;
 998
 999             ctx->mb_cmp[mb].value = varc;
1000             ctx->mb_cmp[mb].mb    = mb;
1001         }
1002     } else { // 10-bit
1003         const int linesize = ctx->m.linesize >> 1;
1004         for (mb_x = 0; mb_x < ctx->m.mb_width; ++mb_x) {
1005             uint16_t *pix = (uint16_t *)ctx->thread[0]->src[0] +
1006                             ((mb_y << 4) * linesize) + (mb_x << 4);
1007             unsigned mb  = mb_y * ctx->m.mb_width + mb_x;
1008             int sum = 0;
1009             int sqsum = 0;
1010             int bw = FFMIN(avctx->width - 16 * mb_x, 16);
1011             int bh = FFMIN((avctx->height >> ctx->interlaced) - 16 * mb_y, 16);
1012             int mean, sqmean;
1013             int i, j;
1014             // Macroblocks are 16x16 pixels, unlike DCT blocks which are 8x8.
1015             for (i = 0; i < bh; ++i) {
1016                 for (j = 0; j < bw; ++j) {
1017                     // Turn 16-bit pixels into 10-bit ones.
1018                     const int sample = (unsigned) pix[j] >> 6;
1019                     sum   += sample;
1020                     sqsum += sample * sample;
1021                     // 2^10 * 2^10 * 16 * 16 = 2^28, which is less than INT_MAX
1022                 }
1023                 pix += linesize;
1024             }
1025             mean = sum >> 8; // 16*16 == 2^8
1026             sqmean = sqsum >> 8;
1027             ctx->mb_cmp[mb].value = sqmean - mean * mean;
1028             ctx->mb_cmp[mb].mb    = mb;
1029         }
1030     }
1031     return 0;
1032 }
1033
1034 static int dnxhd_encode_rdo(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
1035 {
1036     int lambda, up_step, down_step;
1037     int last_lower = INT_MAX, last_higher = 0;
1038     int x, y, q;
1039
1040     for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
1041         ctx->qscale = q;
1042         avctx->execute2(avctx, dnxhd_calc_bits_thread,
1043                         NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1044     }
1045     up_step = down_step = 2 << LAMBDA_FRAC_BITS;
1046     lambda  = ctx->lambda;
1047
1048     for (;;) {
1049         int bits = 0;
1050         int end  = 0;
1051         if (lambda == last_higher) {
1052             lambda++;
1053             end = 1; // need to set final qscales/bits
1054         }
1055         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1056             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
1057                 unsigned min = UINT_MAX;
1058                 int qscale = 1;
1059                 int mb     = y * ctx->m.mb_width + x;
1060                 int rc = 0;
1061                 for (q = 1; q < avctx->qmax; q++) {
1062                     int i = (q*ctx->m.mb_num) + mb;
1063                     unsigned score = ctx->mb_rc[i].bits * lambda +
1064                                      ((unsigned) ctx->mb_rc[i].ssd << LAMBDA_FRAC_BITS);
1065                     if (score < min) {
1066                         min    = score;
1067                         qscale = q;
1068                         rc = i;
1069                     }
1070                 }
1071                 bits += ctx->mb_rc[rc].bits;
1072                 ctx->mb_qscale[mb] = qscale;
1073                 ctx->mb_bits[mb]   = ctx->mb_rc[rc].bits;
1074             }
1075             bits = (bits + 31) & ~31; // padding
1076             if (bits > ctx->frame_bits)
1077                 break;
1078         }
1079         if (end) {
1080             if (bits > ctx->frame_bits)
1081                 return AVERROR(EINVAL);
1082             break;
1083         }
1084         if (bits < ctx->frame_bits) {
1085             last_lower = FFMIN(lambda, last_lower);
1086             if (last_higher != 0)
1087                 lambda = (lambda+last_higher)>>1;
1088             else
1089                 lambda -= down_step;
1090             down_step = FFMIN((int64_t)down_step*5, INT_MAX);
1091             up_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
1092             lambda = FFMAX(1, lambda);
1093             if (lambda == last_lower)
1094                 break;
1095         } else {
1096             last_higher = FFMAX(lambda, last_higher);
1097             if (last_lower != INT_MAX)
1098                 lambda = (lambda+last_lower)>>1;
1099             else if ((int64_t)lambda + up_step > INT_MAX)
1100                 return AVERROR(EINVAL);
1101             else
1102                 lambda += up_step;
1103             up_step = FFMIN((int64_t)up_step*5, INT_MAX);
1104             down_step = 1<<LAMBDA_FRAC_BITS;
1105         }
1106     }
1107     ctx->lambda = lambda;
1108     return 0;
1109 }
1110
1111 static int dnxhd_find_qscale(DNXHDEncContext *ctx)
1112 {
1113     int bits = 0;
1114     int up_step = 1;
1115     int down_step = 1;
1116     int last_higher = 0;
1117     int last_lower = INT_MAX;
1118     int qscale;
1119     int x, y;
1120
1121     qscale = ctx->qscale;
1122     for (;;) {
1123         bits = 0;
1124         ctx->qscale = qscale;
1125         // XXX avoid recalculating bits
1126         ctx->m.avctx->execute2(ctx->m.avctx, dnxhd_calc_bits_thread,
1127                                NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1128         for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1129             for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++)
1130                 bits += ctx->mb_rc[(qscale*ctx->m.mb_num) + (y*ctx->m.mb_width+x)].bits;
1131             bits = (bits+31)&~31; // padding
1132             if (bits > ctx->frame_bits)
1133                 break;
1134         }
1135         if (bits < ctx->frame_bits) {
1136             if (qscale == 1)
1137                 return 1;
1138             if (last_higher == qscale - 1) {
1139                 qscale = last_higher;
1140                 break;
1141             }
1142             last_lower = FFMIN(qscale, last_lower);
1143             if (last_higher != 0)
1144                 qscale = (qscale + last_higher) >> 1;
1145             else
1146                 qscale -= down_step++;
1147             if (qscale < 1)
1148                 qscale = 1;
1149             up_step = 1;
1150         } else {
1151             if (last_lower == qscale + 1)
1152                 break;
1153             last_higher = FFMAX(qscale, last_higher);
1154             if (last_lower != INT_MAX)
1155                 qscale = (qscale + last_lower) >> 1;
1156             else
1157                 qscale += up_step++;
1158             down_step = 1;
1159             if (qscale >= ctx->m.avctx->qmax)
1160                 return AVERROR(EINVAL);
1161         }
1162     }
1163     ctx->qscale = qscale;
1164     return 0;
1165 }
1166
1167 #define BUCKET_BITS 8
1168 #define RADIX_PASSES 4
1169 #define NBUCKETS (1 << BUCKET_BITS)
1170
1171 static inline int get_bucket(int value, int shift)
1172 {
1173     value >>= shift;
1174     value  &= NBUCKETS - 1;
1175     return NBUCKETS - 1 - value;
1176 }
1177
1178 static void radix_count(const RCCMPEntry *data, int size,
1179                         int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS])
1180 {
1181     int i, j;
1182     memset(buckets, 0, sizeof(buckets[0][0]) * RADIX_PASSES * NBUCKETS);
1183     for (i = 0; i < size; i++) {
1184         int v = data[i].value;
1185         for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
1186             buckets[j][get_bucket(v, 0)]++;
1187             v >>= BUCKET_BITS;
1188         }
1189         av_assert1(!v);
1190     }
1191     for (j = 0; j < RADIX_PASSES; j++) {
1192         int offset = size;
1193         for (i = NBUCKETS - 1; i >= 0; i--)
1194             buckets[j][i] = offset -= buckets[j][i];
1195         av_assert1(!buckets[j][0]);
1196     }
1197 }
1198
1199 static void radix_sort_pass(RCCMPEntry *dst, const RCCMPEntry *data,
1200                             int size, int buckets[NBUCKETS], int pass)
1201 {
1202     int shift = pass * BUCKET_BITS;
1203     int i;
1204     for (i = 0; i < size; i++) {
1205         int v   = get_bucket(data[i].value, shift);
1206         int pos = buckets[v]++;
1207         dst[pos] = data[i];
1208     }
1209 }
1210
1211 static void radix_sort(RCCMPEntry *data, RCCMPEntry *tmp, int size)
1212 {
1213     int buckets[RADIX_PASSES][NBUCKETS];
1214     radix_count(data, size, buckets);
1215     radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[0], 0);
1216     radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[1], 1);
1217     if (buckets[2][NBUCKETS - 1] || buckets[3][NBUCKETS - 1]) {
1218         radix_sort_pass(tmp, data, size, buckets[2], 2);
1219         radix_sort_pass(data, tmp, size, buckets[3], 3);
1220     }
1221 }
1222
1223 static int dnxhd_encode_fast(AVCodecContext *avctx, DNXHDEncContext *ctx)
1224 {
1225     int max_bits = 0;
1226     int ret, x, y;
1227     if ((ret = dnxhd_find_qscale(ctx)) < 0)
1228         return ret;
1229     for (y = 0; y < ctx->m.mb_height; y++) {
1230         for (x = 0; x < ctx->m.mb_width; x++) {
1231             int mb = y * ctx->m.mb_width + x;
1232             int rc = (ctx->qscale * ctx->m.mb_num ) + mb;
1233             int delta_bits;
1234             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale;
1235             ctx->mb_bits[mb] = ctx->mb_rc[rc].bits;
1236             max_bits += ctx->mb_rc[rc].bits;
1237             if (!RC_VARIANCE) {
1238                 delta_bits = ctx->mb_rc[rc].bits -
1239                              ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1240                 ctx->mb_cmp[mb].mb = mb;
1241                 ctx->mb_cmp[mb].value =
1242                     delta_bits ? ((ctx->mb_rc[rc].ssd -
1243                                    ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].ssd) * 100) /
1244                                   delta_bits
1245                                : INT_MIN; // avoid increasing qscale
1246             }
1247         }
1248         max_bits += 31; // worst padding
1249     }
1250     if (!ret) {
1251         if (RC_VARIANCE)
1252             avctx->execute2(avctx, dnxhd_mb_var_thread,
1253                             NULL, NULL, ctx->m.mb_height);
1254         radix_sort(ctx->mb_cmp, ctx->mb_cmp_tmp, ctx->m.mb_num);
1255         for (x = 0; x < ctx->m.mb_num && max_bits > ctx->frame_bits; x++) {
1256             int mb = ctx->mb_cmp[x].mb;
1257             int rc = (ctx->qscale * ctx->m.mb_num ) + mb;
1258             max_bits -= ctx->mb_rc[rc].bits -
1259                         ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1260             ctx->mb_qscale[mb] = ctx->qscale + 1;
1261             ctx->mb_bits[mb]   = ctx->mb_rc[rc + ctx->m.mb_num].bits;
1262         }
1263     }
1264     return 0;
1265 }
1266
1267 static void dnxhd_load_picture(DNXHDEncContext *ctx, const AVFrame *frame)
1268 {
1269     int i;
1270
1271     for (i = 0; i < ctx->m.avctx->thread_count; i++) {
1272         ctx->thread[i]->m.linesize    = frame->linesize[0] << ctx->interlaced;
1273         ctx->thread[i]->m.uvlinesize  = frame->linesize[1] << ctx->interlaced;
1274         ctx->thread[i]->dct_y_offset  = ctx->m.linesize  *8;
1275         ctx->thread[i]->dct_uv_offset = ctx->m.uvlinesize*8;
1276     }
1277
1278 #if FF_API_CODED_FRAME
1279 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1280     ctx->m.avctx->coded_frame->interlaced_frame = frame->interlaced_frame;
1281 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1282 #endif
1283     ctx->cur_field = frame->interlaced_frame && !frame->top_field_first;
1284 }
1285
1286 static int dnxhd_encode_picture(AVCodecContext *avctx, AVPacket *pkt,
1287                                 const AVFrame *frame, int *got_packet)
1288 {
1289     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1290     int first_field = 1;
1291     int offset, i, ret;
1292     uint8_t *buf;
1293
1294     if ((ret = ff_alloc_packet2(avctx, pkt, ctx->frame_size, 0)) < 0)
1295         return ret;
1296     buf = pkt->data;
1297
1298     dnxhd_load_picture(ctx, frame);
1299
1300 encode_coding_unit:
1301     for (i = 0; i < 3; i++) {
1302         ctx->src[i] = frame->data[i];
1303         if (ctx->interlaced && ctx->cur_field)
1304             ctx->src[i] += frame->linesize[i];
1305     }
1306
1307     dnxhd_write_header(avctx, buf);
1308
1309     if (avctx->mb_decision == FF_MB_DECISION_RD)
1310         ret = dnxhd_encode_rdo(avctx, ctx);
1311     else
1312         ret = dnxhd_encode_fast(avctx, ctx);
1313     if (ret < 0) {
1314         av_log(avctx, AV_LOG_ERROR,
1315                "picture could not fit ratecontrol constraints, increase qmax\n");
1316         return ret;
1317     }
1318
1319     dnxhd_setup_threads_slices(ctx);
1320
1321     offset = 0;
1322     for (i = 0; i < ctx->m.mb_height; i++) {
1323         AV_WB32(ctx->msip + i * 4, offset);
1324         offset += ctx->slice_size[i];
1325         av_assert1(!(ctx->slice_size[i] & 3));
1326     }
1327
1328     avctx->execute2(avctx, dnxhd_encode_thread, buf, NULL, ctx->m.mb_height);
1329
1330     av_assert1(ctx->data_offset + offset + 4 <= ctx->coding_unit_size);
1331     memset(buf + ctx->data_offset + offset, 0,
1332            ctx->coding_unit_size - 4 - offset - ctx->data_offset);
1333
1334     AV_WB32(buf + ctx->coding_unit_size - 4, 0x600DC0DE); // EOF
1335
1336     if (ctx->interlaced && first_field) {
1337         first_field     = 0;
1338         ctx->cur_field ^= 1;
1339         buf            += ctx->coding_unit_size;
1340         goto encode_coding_unit;
1341     }
1342
1343 #if FF_API_CODED_FRAME
1344 FF_DISABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1345     avctx->coded_frame->quality = ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA;
1346 FF_ENABLE_DEPRECATION_WARNINGS
1347 #endif
1348
1349     ff_side_data_set_encoder_stats(pkt, ctx->qscale * FF_QP2LAMBDA, NULL, 0, AV_PICTURE_TYPE_I);
1350
1351     pkt->flags |= AV_PKT_FLAG_KEY;
1352     *got_packet = 1;
1353     return 0;
1354 }
1355
1356 static av_cold int dnxhd_encode_end(AVCodecContext *avctx)
1357 {
1358     DNXHDEncContext *ctx = avctx->priv_data;
1359     int max_level        = 1 << (ctx->bit_depth + 2);
1360     int i;
1361
1362     av_free(ctx->vlc_codes - max_level * 2);
1363     av_free(ctx->vlc_bits - max_level * 2);
1364     av_freep(&ctx->run_codes);
1365     av_freep(&ctx->run_bits);
1366
1367     av_freep(&ctx->mb_bits);
1368     av_freep(&ctx->mb_qscale);
1369     av_freep(&ctx->mb_rc);
1370     av_freep(&ctx->mb_cmp);
1371     av_freep(&ctx->mb_cmp_tmp);
1372     av_freep(&ctx->slice_size);
1373     av_freep(&ctx->slice_offs);
1374
1375     av_freep(&ctx->qmatrix_c);
1376     av_freep(&ctx->qmatrix_l);
1377     av_freep(&ctx->qmatrix_c16);
1378     av_freep(&ctx->qmatrix_l16);
1379
1380     for (i = 1; i < avctx->thread_count; i++)
1381         av_freep(&ctx->thread[i]);
1382
1383     return 0;
1384 }
1385
1386 static const AVCodecDefault dnxhd_defaults[] = {
1387     { "qmax", "1024" }, /* Maximum quantization scale factor allowed for VC-3 */
1388     { NULL },
1389 };
1390
1391 AVCodec ff_dnxhd_encoder = {
1392     .name           = "dnxhd",
1393     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
1394     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
1395     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
1396     .priv_data_size = sizeof(DNXHDEncContext),
1397     .init           = dnxhd_encode_init,
1398     .encode2        = dnxhd_encode_picture,
1399     .close          = dnxhd_encode_end,
1400     .capabilities   = AV_CODEC_CAP_SLICE_THREADS,
1401     .pix_fmts       = (const enum AVPixelFormat[]) {
1402         AV_PIX_FMT_YUV422P,
1403         AV_PIX_FMT_YUV422P10,
1404         AV_PIX_FMT_YUV444P10,
1405         AV_PIX_FMT_GBRP10,
1406         AV_PIX_FMT_NONE
1407     },
1408     .priv_class     = &dnxhd_class,
1409     .defaults       = dnxhd_defaults,
1410     .profiles       = NULL_IF_CONFIG_SMALL(ff_dnxhd_profiles),
1411 };