19921195b6f7bfbb8a70c2619aa3a6ba3974cddc
[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 //#define TRACE
26 //#define DEBUG
27
28 #include "libavutil/imgutils.h"
29 #include "avcodec.h"
30 #include "get_bits.h"
31 #include "dnxhddata.h"
32 #include "dsputil.h"
33 #include "internal.h"
34 #include "thread.h"
35
36 typedef struct DNXHDContext {
37     AVCodecContext *avctx;
38     GetBitContext gb;
39     int64_t cid;                        ///< compression id
40     unsigned int width, height;
41     unsigned int mb_width, mb_height;
42     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
43     int cur_field;                      ///< current interlaced field
44     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
45     int last_dc[3];
46     DSPContext dsp;
47     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, blocks)[8][64];
48     ScanTable scantable;
49     const CIDEntry *cid_table;
50     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
51     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
52                              int n, int qscale);
53     int last_qscale;
54     int luma_scale[64];
55     int chroma_scale[64];
56 } DNXHDContext;
57
58 #define DNXHD_VLC_BITS 9
59 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
60
61 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale);
62 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale);
63
64 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
65 {
66     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
67
68     ctx->avctx = avctx;
69     ctx->cid = -1;
70     return 0;
71 }
72
73 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, uint32_t cid)
74 {
75     if (cid != ctx->cid) {
76         int index;
77
78         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
79             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
80             return -1;
81         }
82         if (ff_dnxhd_cid_table[index].bit_depth != ctx->bit_depth) {
83             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "bit depth mismatches %d %d\n", ff_dnxhd_cid_table[index].bit_depth, ctx->bit_depth);
84             return AVERROR_INVALIDDATA;
85         }
86         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
87
88         ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
89         ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
90         ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
91
92         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
93                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
94                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
95         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
96                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
97                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
98         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
99                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
100                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
101
102         ff_init_scantable(ctx->dsp.idct_permutation, &ctx->scantable, ff_zigzag_direct);
103         ctx->cid = cid;
104     }
105     return 0;
106 }
107
108 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
109                                const uint8_t *buf, int buf_size, int first_field)
110 {
111     static const uint8_t header_prefix[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
112     int i, cid;
113
114     if (buf_size < 0x280)
115         return -1;
116
117     if (memcmp(buf, header_prefix, 5)) {
118         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
119         return -1;
120     }
121     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
122         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
123         frame->interlaced_frame = 1;
124         frame->top_field_first  = first_field ^ ctx->cur_field;
125         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
126     }
127
128     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
129     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
130
131     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, height %d\n", ctx->width, ctx->height);
132
133     if (buf[0x21] & 0x40) {
134         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
135         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
136         if (ctx->bit_depth != 10) {
137             ff_dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
138             ctx->bit_depth = 10;
139             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
140         }
141     } else {
142         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P;
143         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
144         if (ctx->bit_depth != 8) {
145             ff_dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
146             ctx->bit_depth = 8;
147             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
148         }
149     }
150
151     cid = AV_RB32(buf + 0x28);
152     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", cid);
153
154     if (dnxhd_init_vlc(ctx, cid) < 0)
155         return -1;
156
157     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
158         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
159         return -1;
160     }
161
162     ctx->mb_width = ctx->width>>4;
163     ctx->mb_height = buf[0x16d];
164
165     av_dlog(ctx->avctx, "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
166
167     if ((ctx->height+15)>>4 == ctx->mb_height && frame->interlaced_frame)
168         ctx->height <<= 1;
169
170     if (ctx->mb_height > 68 ||
171         (ctx->mb_height << frame->interlaced_frame) > (ctx->height+15)>>4) {
172         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
173         return -1;
174     }
175
176     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
177         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i<<2));
178         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
179         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280LL) {
180             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
181             return -1;
182         }
183     }
184
185     return 0;
186 }
187
188 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
189                                                     int16_t *block, int n,
190                                                     int qscale,
191                                                     int index_bits,
192                                                     int level_bias,
193                                                     int level_shift)
194 {
195     int i, j, index1, index2, len, flags;
196     int level, component, sign;
197     const int *scale;
198     const uint8_t *weight_matrix;
199     const uint8_t *ac_level = ctx->cid_table->ac_level;
200     const uint8_t *ac_flags = ctx->cid_table->ac_flags;
201     const int eob_index     = ctx->cid_table->eob_index;
202     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
203
204     if (n&2) {
205         component = 1 + (n&1);
206         scale = ctx->chroma_scale;
207         weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
208     } else {
209         component = 0;
210         scale = ctx->luma_scale;
211         weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
212     }
213
214     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
215     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
216     if (len) {
217         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
218         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
219         sign  = ~level >> 31;
220         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
221         ctx->last_dc[component] += level;
222     }
223     block[0] = ctx->last_dc[component];
224
225     i = 0;
226
227     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
228     GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
229             DNXHD_VLC_BITS, 2);
230
231     while (index1 != eob_index) {
232         level = ac_level[index1];
233         flags = ac_flags[index1];
234
235         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
236         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
237
238         if (flags & 1) {
239             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 7;
240             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
241         }
242
243         if (flags & 2) {
244             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
245             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
246                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
247             i += ctx->cid_table->run[index2];
248         }
249
250         if (++i > 63) {
251             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
252             break;
253         }
254
255         j = ctx->scantable.permutated[i];
256         level *= scale[i];
257         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
258             level += level_bias;
259         level >>= level_shift;
260
261         block[j] = (level^sign) - sign;
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
268     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
269 }
270
271 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
272                                      int n, int qscale)
273 {
274     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
275 }
276
277 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
278                                       int n, int qscale)
279 {
280     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
281 }
282
283 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame, int x, int y)
284 {
285     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
286     int dct_linesize_luma   = frame->linesize[0];
287     int dct_linesize_chroma = frame->linesize[1];
288     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
289     int dct_y_offset, dct_x_offset;
290     int qscale, i;
291
292     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
293     skip_bits1(&ctx->gb);
294
295     if (qscale != ctx->last_qscale) {
296         for (i = 0; i < 64; i++) {
297             ctx->luma_scale[i]   = qscale * ctx->cid_table->luma_weight[i];
298             ctx->chroma_scale[i] = qscale * ctx->cid_table->chroma_weight[i];
299         }
300         ctx->last_qscale = qscale;
301     }
302
303     for (i = 0; i < 8; i++) {
304         ctx->dsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
305         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
306     }
307
308     if (frame->interlaced_frame) {
309         dct_linesize_luma   <<= 1;
310         dct_linesize_chroma <<= 1;
311     }
312
313     dest_y = frame->data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
314     dest_u = frame->data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
315     dest_v = frame->data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
316
317     if (ctx->cur_field) {
318         dest_y += frame->linesize[0];
319         dest_u += frame->linesize[1];
320         dest_v += frame->linesize[2];
321     }
322
323     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
324     dct_x_offset = 8 << shift1;
325     ctx->dsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
326     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
327     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
328     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
329
330     if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
331         dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
332         ctx->dsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
333         ctx->dsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
334         ctx->dsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
335         ctx->dsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
336     }
337
338     return 0;
339 }
340
341 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
342                                     const uint8_t *buf, int buf_size)
343 {
344     int x, y;
345     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
346         ctx->last_dc[0] =
347         ctx->last_dc[1] =
348         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
349         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
350         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
351             //START_TIMER;
352             dnxhd_decode_macroblock(ctx, frame, x, y);
353             //STOP_TIMER("decode macroblock");
354         }
355     }
356     return 0;
357 }
358
359 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *got_frame,
360                               AVPacket *avpkt)
361 {
362     const uint8_t *buf = avpkt->data;
363     int buf_size = avpkt->size;
364     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
365     ThreadFrame frame = { .f = data };
366     AVFrame *picture = data;
367     int first_field = 1;
368     int ret;
369
370     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
371
372  decode_coding_unit:
373     if (dnxhd_decode_header(ctx, picture, buf, buf_size, first_field) < 0)
374         return -1;
375
376     if ((avctx->width || avctx->height) &&
377         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
378         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
379                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
380         first_field = 1;
381     }
382
383     if (av_image_check_size(ctx->width, ctx->height, 0, avctx))
384         return -1;
385     avcodec_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
386
387     if (first_field) {
388         if ((ret = ff_thread_get_buffer(avctx, &frame, 0)) < 0) {
389             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
390             return ret;
391         }
392         picture->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
393         picture->key_frame = 1;
394     }
395
396     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, picture, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
397
398     if (first_field && picture->interlaced_frame) {
399         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
400         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
401         first_field = 0;
402         goto decode_coding_unit;
403     }
404
405     *got_frame = 1;
406     return avpkt->size;
407 }
408
409 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
410 {
411     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
412
413     ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
414     ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
415     ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
416     return 0;
417 }
418
419 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
420     .name           = "dnxhd",
421     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
422     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
423     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
424     .init           = dnxhd_decode_init,
425     .close          = dnxhd_decode_close,
426     .decode         = dnxhd_decode_frame,
427     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1 | CODEC_CAP_FRAME_THREADS,
428     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
429 };