avcodec/dnxhddec: treat pix_fmt like width/height
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhddec.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD decoder.
3  * Copyright (c) 2007 SmartJog S.A., Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
5  *
6  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
7  *
8  * This file is part of FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 #include "libavutil/imgutils.h"
26 #include "libavutil/timer.h"
27 #include "avcodec.h"
28 #include "blockdsp.h"
29 #include "get_bits.h"
30 #include "dnxhddata.h"
31 #include "idctdsp.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "thread.h"
34
35 typedef struct DNXHDContext {
36     AVCodecContext *avctx;
37     GetBitContext gb;
38     BlockDSPContext bdsp;
39     int64_t cid;                        ///< compression id
40     unsigned int width, height;
41     enum AVPixelFormat pix_fmt;
42     unsigned int mb_width, mb_height;
43     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
44     int cur_field;                      ///< current interlaced field
45     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
46     int last_dc[3];
47     IDCTDSPContext idsp;
48     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, blocks)[12][64];
49     ScanTable scantable;
50     const CIDEntry *cid_table;
51     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
52     int is_444;
53     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
54                              int n, int qscale);
55     int last_qscale;
56     int luma_scale[64];
57     int chroma_scale[64];
58 } DNXHDContext;
59
60 #define DNXHD_VLC_BITS 9
61 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
62
63 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
64                                      int n, int qscale);
65 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
66                                       int n, int qscale);
67 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
68                                           int n, int qscale);
69
70 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
71 {
72     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
73
74     ctx->avctx = avctx;
75     ctx->cid = -1;
76     return 0;
77 }
78
79 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, uint32_t cid)
80 {
81     if (cid != ctx->cid) {
82         int index;
83
84         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
85             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
86             return AVERROR(ENOSYS);
87         }
88         if (ff_dnxhd_cid_table[index].bit_depth != ctx->bit_depth) {
89             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "bit depth mismatches %d %d\n", ff_dnxhd_cid_table[index].bit_depth, ctx->bit_depth);
90             return AVERROR_INVALIDDATA;
91         }
92         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
93
94         ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
95         ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
96         ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
97
98         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
99                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
100                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
101         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
102                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
103                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
104         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
105                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
106                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
107
108         ff_init_scantable(ctx->idsp.idct_permutation, &ctx->scantable,
109                           ff_zigzag_direct);
110         ctx->cid = cid;
111     }
112     return 0;
113 }
114
115 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
116                                const uint8_t *buf, int buf_size,
117                                int first_field)
118 {
119     static const uint8_t header_prefix[]    = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
120     static const uint8_t header_prefix444[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x02 };
121     int i, cid, ret;
122
123     if (buf_size < 0x280)
124         return AVERROR_INVALIDDATA;
125
126     if (memcmp(buf, header_prefix, 5) && memcmp(buf, header_prefix444, 5)) {
127         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
128         return AVERROR_INVALIDDATA;
129     }
130     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
131         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
132         frame->interlaced_frame = 1;
133         frame->top_field_first  = first_field ^ ctx->cur_field;
134         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG,
135                "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
136     }
137
138     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
139     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
140
141     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, height %d\n", ctx->width, ctx->height);
142
143     ctx->is_444 = 0;
144     if (buf[0x4] == 0x2) {
145         ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV444P10;
146         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
147         if (ctx->bit_depth != 10) {
148             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
149             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
150             ctx->bit_depth = 10;
151             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10_444;
152         }
153         ctx->is_444 = 1;
154     } else if (buf[0x21] & 0x40) {
155         ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
156         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
157         if (ctx->bit_depth != 10) {
158             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
159             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
160             ctx->bit_depth = 10;
161             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
162         }
163     } else {
164         ctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P;
165         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
166         if (ctx->bit_depth != 8) {
167             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
168             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
169             ctx->bit_depth = 8;
170             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
171         }
172     }
173
174     cid = AV_RB32(buf + 0x28);
175     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", cid);
176
177     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx, cid)) < 0)
178         return ret;
179
180     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
181         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
182         return AVERROR_INVALIDDATA;
183     }
184
185     ctx->mb_width  = ctx->width >> 4;
186     ctx->mb_height = buf[0x16d];
187
188     av_dlog(ctx->avctx,
189             "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
190
191     if ((ctx->height + 15) >> 4 == ctx->mb_height && frame->interlaced_frame)
192         ctx->height <<= 1;
193
194     if (ctx->mb_height > 68 ||
195         (ctx->mb_height << frame->interlaced_frame) > (ctx->height + 15) >> 4) {
196         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR,
197                "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
198         return AVERROR_INVALIDDATA;
199     }
200
201     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
202         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i << 2));
203         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
204         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280LL) {
205             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
206             return AVERROR_INVALIDDATA;
207         }
208     }
209
210     return 0;
211 }
212
213 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
214                                                     int16_t *block, int n,
215                                                     int qscale,
216                                                     int index_bits,
217                                                     int level_bias,
218                                                     int level_shift)
219 {
220     int i, j, index1, index2, len, flags;
221     int level, component, sign;
222     const int *scale;
223     const uint8_t *weight_matrix;
224     const uint8_t *ac_level = ctx->cid_table->ac_level;
225     const uint8_t *ac_flags = ctx->cid_table->ac_flags;
226     const int eob_index     = ctx->cid_table->eob_index;
227     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
228
229     if (!ctx->is_444) {
230         if (n & 2) {
231             component     = 1 + (n & 1);
232             scale = ctx->chroma_scale;
233             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
234         } else {
235             component     = 0;
236             scale = ctx->luma_scale;
237             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
238         }
239     } else {
240         component = (n >> 1) % 3;
241         if (component) {
242             scale = ctx->chroma_scale;
243             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
244         } else {
245             scale = ctx->luma_scale;
246             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
247         }
248     }
249
250     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
251     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
252     if (len) {
253         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
254         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
255         sign  = ~level >> 31;
256         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
257         ctx->last_dc[component] += level;
258     }
259     block[0] = ctx->last_dc[component];
260
261     i = 0;
262
263     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
264     GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
265             DNXHD_VLC_BITS, 2);
266
267     while (index1 != eob_index) {
268         level = ac_level[index1];
269         flags = ac_flags[index1];
270
271         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
272         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
273
274         if (flags & 1) {
275             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 7;
276             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
277         }
278
279         if (flags & 2) {
280             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
281             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
282                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
283             i += ctx->cid_table->run[index2];
284         }
285
286         if (++i > 63) {
287             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
288             break;
289         }
290
291         j     = ctx->scantable.permutated[i];
292         level *= scale[i];
293         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
294             level += level_bias;
295         level >>= level_shift;
296
297         block[j] = (level ^ sign) - sign;
298
299         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
300         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
301                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
302     }
303
304     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
305 }
306
307 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
308                                      int n, int qscale)
309 {
310     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
311 }
312
313 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
314                                       int n, int qscale)
315 {
316     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
317 }
318
319 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
320                                           int n, int qscale)
321 {
322     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 32, 6);
323 }
324
325 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
326                                    int x, int y)
327 {
328     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
329     int dct_linesize_luma   = frame->linesize[0];
330     int dct_linesize_chroma = frame->linesize[1];
331     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
332     int dct_y_offset, dct_x_offset;
333     int qscale, i;
334
335     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
336     skip_bits1(&ctx->gb);
337
338     if (qscale != ctx->last_qscale) {
339         for (i = 0; i < 64; i++) {
340             ctx->luma_scale[i]   = qscale * ctx->cid_table->luma_weight[i];
341             ctx->chroma_scale[i] = qscale * ctx->cid_table->chroma_weight[i];
342         }
343         ctx->last_qscale = qscale;
344     }
345
346     for (i = 0; i < 8; i++) {
347         ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
348         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
349     }
350     if (ctx->is_444) {
351         for (; i < 12; i++) {
352             ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
353             ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
354         }
355     }
356
357     if (frame->interlaced_frame) {
358         dct_linesize_luma   <<= 1;
359         dct_linesize_chroma <<= 1;
360     }
361
362     dest_y = frame->data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
363     dest_u = frame->data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
364     dest_v = frame->data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
365
366     if (ctx->cur_field) {
367         dest_y += frame->linesize[0];
368         dest_u += frame->linesize[1];
369         dest_v += frame->linesize[2];
370     }
371
372     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
373     dct_x_offset = 8 << shift1;
374     if (!ctx->is_444) {
375         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
376         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
377         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
378         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
379
380         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
381             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
382             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
383             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
384             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
385             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
386         }
387     } else {
388         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
389         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
390         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[6]);
391         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[7]);
392
393         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
394             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
395             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
396             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
397             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[8]);
398             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[9]);
399             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[4]);
400             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[5]);
401             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[10]);
402             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[11]);
403         }
404     }
405
406     return 0;
407 }
408
409 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
410                                     const uint8_t *buf, int buf_size)
411 {
412     int x, y;
413     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
414         ctx->last_dc[0] =
415         ctx->last_dc[1] =
416         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
417         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
418         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
419             //START_TIMER;
420             dnxhd_decode_macroblock(ctx, frame, x, y);
421             //STOP_TIMER("decode macroblock");
422         }
423     }
424     return 0;
425 }
426
427 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
428                               int *got_frame, AVPacket *avpkt)
429 {
430     const uint8_t *buf = avpkt->data;
431     int buf_size = avpkt->size;
432     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
433     ThreadFrame frame = { .f = data };
434     AVFrame *picture = data;
435     int first_field = 1;
436     int ret;
437
438     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
439
440 decode_coding_unit:
441     if ((ret = dnxhd_decode_header(ctx, picture, buf, buf_size, first_field)) < 0)
442         return ret;
443
444     if ((avctx->width || avctx->height) &&
445         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
446         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
447                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
448         first_field = 1;
449     }
450     if (avctx->pix_fmt != AV_PIX_FMT_NONE && avctx->pix_fmt != ctx->pix_fmt) {
451         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "pix_fmt changed: %s -> %s\n",
452                av_get_pix_fmt_name(avctx->pix_fmt), av_get_pix_fmt_name(ctx->pix_fmt));
453         first_field = 1;
454     }
455
456     avctx->pix_fmt = ctx->pix_fmt;
457     ret = ff_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
458     if (ret < 0)
459         return ret;
460
461     if (first_field) {
462         if ((ret = ff_thread_get_buffer(avctx, &frame, 0)) < 0)
463             return ret;
464         picture->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
465         picture->key_frame = 1;
466     }
467
468     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, picture, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
469
470     if (first_field && picture->interlaced_frame) {
471         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
472         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
473         first_field = 0;
474         goto decode_coding_unit;
475     }
476
477     *got_frame = 1;
478     return avpkt->size;
479 }
480
481 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
482 {
483     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
484
485     ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
486     ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
487     ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
488     return 0;
489 }
490
491 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
492     .name           = "dnxhd",
493     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
494     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
495     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
496     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
497     .init           = dnxhd_decode_init,
498     .close          = dnxhd_decode_close,
499     .decode         = dnxhd_decode_frame,
500     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1 | CODEC_CAP_FRAME_THREADS,
501 };