dnxhd 120 progressive support
[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  *
5  * This file is part of FFmpeg.
6  *
7  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 //#define TRACE
23 //#define DEBUG
24
25 #include "avcodec.h"
26 #include "bitstream.h"
27 #include "dnxhddata.h"
28 #include "dsputil.h"
29 #include "mpegvideo.h"
30
31 typedef struct {
32     int cid;
33     unsigned int width, height;
34     int interlaced;
35     unsigned int frame_size;
36     unsigned int coding_unit_size;
37     int index_bits;
38     int bit_depth;
39     const uint8_t *luma_weigth, *chroma_weigth;
40     const uint8_t *dc_codes, *dc_bits;
41     const uint16_t *ac_codes;
42     const uint8_t *ac_bits, *ac_level;
43     const uint8_t *ac_run_flag, *ac_index_flag;
44     const uint16_t *run_codes;
45     const uint8_t *run_bits, *run;
46 } CIDEntry;
47
48 typedef struct {
49     AVCodecContext *avctx;
50     AVFrame picture;
51     GetBitContext gb;
52     int cid;                            ///< compression id
53     unsigned int width, height;
54     unsigned int mb_width, mb_height;
55     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
56     int cur_field;                      ///< current interlaced field
57     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
58     int last_dc[3];
59     DSPContext dsp;
60     DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, blocks[8][64]);
61     DECLARE_ALIGNED_8(ScanTable, scantable);
62     const CIDEntry *cid_table;
63 } DNXHDContext;
64
65 static const CIDEntry cid_table[] = {
66     { 1237, 1920, 1080, 0, 606208, 606208, 4, 8,
67       dnxhd_1237_luma_weigth, dnxhd_1237_chroma_weigth,
68       dnxhd_1237_dc_codes, dnxhd_1237_dc_bits,
69       dnxhd_1237_ac_codes, dnxhd_1237_ac_bits, dnxhd_1237_ac_level,
70       dnxhd_1237_ac_run_flag, dnxhd_1237_ac_index_flag,
71       dnxhd_1237_run_codes, dnxhd_1237_run_bits, dnxhd_1237_run },
72     { 1238, 1920, 1080, 0, 917504, 917504, 4, 8,
73       dnxhd_1238_luma_weigth, dnxhd_1238_chroma_weigth,
74       dnxhd_1238_dc_codes, dnxhd_1238_dc_bits,
75       dnxhd_1238_ac_codes, dnxhd_1238_ac_bits, dnxhd_1238_ac_level,
76       dnxhd_1238_ac_run_flag, dnxhd_1238_ac_index_flag,
77       dnxhd_1238_run_codes, dnxhd_1238_run_bits, dnxhd_1238_run },
78     { 1243, 1920, 1080, 1, 917504, 458752, 4, 8,
79       dnxhd_1243_luma_weigth, dnxhd_1243_chroma_weigth,
80       dnxhd_1238_dc_codes, dnxhd_1238_dc_bits,
81       dnxhd_1238_ac_codes, dnxhd_1238_ac_bits, dnxhd_1238_ac_level,
82       dnxhd_1238_ac_run_flag, dnxhd_1238_ac_index_flag,
83       dnxhd_1238_run_codes, dnxhd_1238_run_bits, dnxhd_1238_run },
84 };
85
86 static int dnxhd_get_cid_table(int cid)
87 {
88     int i;
89     for (i = 0; i < sizeof(cid_table)/sizeof(CIDEntry); i++)
90         if (cid_table[i].cid == cid)
91             return i;
92     return -1;
93 }
94
95 #define DNXHD_VLC_BITS 9
96 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 6
97
98 static int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
99 {
100     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
101
102     ctx->avctx = avctx;
103     dsputil_init(&ctx->dsp, avctx);
104     avctx->coded_frame = &ctx->picture;
105     ctx->picture.type = FF_I_TYPE;
106     return 0;
107 }
108
109 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int cid)
110 {
111     if (!ctx->cid_table) {
112         int index;
113
114         if ((index = dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
115             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
116             return -1;
117         }
118         ctx->cid_table = &cid_table[index];
119         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
120                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
121                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
122         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, 12,
123                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
124                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
125         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
126                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
127                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
128
129         ff_init_scantable(ctx->dsp.idct_permutation, &ctx->scantable, ff_zigzag_direct);
130     }
131     return 0;
132 }
133
134 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, uint8_t *buf, int buf_size, int first_field)
135 {
136     static const uint8_t header_prefix[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
137     int i;
138
139     if (buf_size < 0x280)
140         return -1;
141
142     if (memcmp(buf, header_prefix, 5)) {
143         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
144         return -1;
145     }
146     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
147         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
148         ctx->picture.interlaced_frame = 1;
149         ctx->picture.top_field_first = first_field && ctx->cur_field == 1;
150         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
151     }
152
153     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
154     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
155
156     dprintf(ctx->avctx, "width %d, heigth %d\n", ctx->width, ctx->height);
157
158     if (buf[0x21] & 0x80) {
159         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "10 bit per component\n");
160         return -1;
161     }
162
163     ctx->cid = AV_RB32(buf + 0x28);
164     dprintf(ctx->avctx, "compression id %d\n", ctx->cid);
165
166     if (dnxhd_init_vlc(ctx, ctx->cid) < 0)
167         return -1;
168
169     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
170         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
171         return -1;
172     }
173
174     ctx->mb_width = ctx->width>>4;
175     ctx->mb_height = buf[0x16d];
176
177     if (ctx->mb_height > 68) {
178         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "mb height too big\n");
179         return -1;
180     }
181
182     dprintf(ctx->avctx, "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
183     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
184         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i<<2));
185         dprintf(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
186         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
187             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
188             return -1;
189         }
190     }
191
192     return 0;
193 }
194
195 static int dnxhd_decode_dc(DNXHDContext *ctx)
196 {
197     int len;
198
199     len = get_vlc2(&ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
200     return len ? get_xbits(&ctx->gb, len) : 0;
201 }
202
203 static void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale)
204 {
205     int i, j, index, index2;
206     int level, component, sign;
207     const uint8_t *weigth_matrix;
208
209     if (n&2) {
210         component = 1 + (n&1);
211         weigth_matrix = ctx->cid_table->chroma_weigth;
212     } else {
213         component = 0;
214         weigth_matrix = ctx->cid_table->luma_weigth;
215     }
216
217     ctx->last_dc[component] += dnxhd_decode_dc(ctx);
218     block[0] = ctx->last_dc[component];
219     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "dc %d\n", block[0]);
220     for (i = 1; ; i++) {
221         index = get_vlc2(&ctx->gb, ctx->ac_vlc.table, DNXHD_VLC_BITS, 2);
222         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "index %d\n", index);
223         level = ctx->cid_table->ac_level[index];
224         if (!level) { /* EOB */
225             //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "EOB\n");
226             return;
227         }
228         sign = get_sbits(&ctx->gb, 1);
229
230         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index]) {
231             level += get_bits(&ctx->gb, ctx->cid_table->index_bits)<<6;
232         }
233
234         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index]) {
235             index2 = get_vlc2(&ctx->gb, ctx->run_vlc.table, DNXHD_VLC_BITS, 2);
236             i += ctx->cid_table->run[index2];
237         }
238
239         j = ctx->scantable.permutated[i];
240         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "j %d\n", j);
241         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "level %d, weigth %d\n", level, weigth_matrix[i]);
242         level = (2*level+1) * qscale * weigth_matrix[i];
243         if (weigth_matrix[i] != 32) // FIXME 10bit
244             level += 32;
245         level >>= 6;
246         level = (level^sign) - sign;
247
248         if (i > 63) {
249             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
250             return;
251         }
252
253         //av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "i %d, j %d, end level %d\n", i, j, level);
254         block[j] = level;
255     }
256 }
257
258 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, int x, int y)
259 {
260     int dct_linesize_luma   = ctx->picture.linesize[0];
261     int dct_linesize_chroma = ctx->picture.linesize[1];
262     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
263     int dct_offset;
264     int qscale, i;
265
266     ctx->dsp.clear_blocks(ctx->blocks[0]);
267     ctx->dsp.clear_blocks(ctx->blocks[2]); // FIXME change clear blocks to take block amount
268
269     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
270     skip_bits1(&ctx->gb);
271     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "qscale %d\n", qscale);
272
273     for (i = 0; i < 8; i++) {
274         dnxhd_decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
275     }
276
277     if (ctx->picture.interlaced_frame) {
278         dct_linesize_luma   <<= 1;
279         dct_linesize_chroma <<= 1;
280     }
281
282     dest_y = ctx->picture.data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << 4);
283     dest_u = ctx->picture.data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << 3);
284     dest_v = ctx->picture.data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << 3);
285
286     if (ctx->cur_field) {
287         dest_y += ctx->picture.linesize[0];
288         dest_u += ctx->picture.linesize[1];
289         dest_v += ctx->picture.linesize[2];
290     }
291
292     dct_offset = dct_linesize_luma << 3;
293     ctx->dsp.idct_put(dest_y,                  dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
294     ctx->dsp.idct_put(dest_y + 8,              dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
295     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_offset,     dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
296     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_offset + 8, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
297
298     if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
299         dct_offset = dct_linesize_chroma << 3;
300         ctx->dsp.idct_put(dest_u,              dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
301         ctx->dsp.idct_put(dest_v,              dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
302         ctx->dsp.idct_put(dest_u + dct_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
303         ctx->dsp.idct_put(dest_v + dct_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
304     }
305
306     return 0;
307 }
308
309 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, uint8_t *buf, int buf_size)
310 {
311     int x, y;
312     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
313         ctx->last_dc[0] =
314         ctx->last_dc[1] =
315         ctx->last_dc[2] = 1024; // 1024 for levels +128
316         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
317         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
318             //START_TIMER;
319             dnxhd_decode_macroblock(ctx, x, y);
320             //STOP_TIMER("decode macroblock");
321         }
322     }
323     return 0;
324 }
325
326 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *data_size,
327                               uint8_t *buf, int buf_size)
328 {
329     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
330     AVFrame *picture = data;
331     int first_field = 1;
332
333     dprintf(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
334
335  decode_coding_unit:
336     if (dnxhd_decode_header(ctx, buf, buf_size, first_field) < 0)
337         return -1;
338
339     avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV422P;
340     if (avcodec_check_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height))
341         return -1;
342     avcodec_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
343
344     if (first_field) {
345         if (ctx->picture.data[0])
346             avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
347         if (avctx->get_buffer(avctx, &ctx->picture) < 0) {
348             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
349             return -1;
350         }
351     }
352
353     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
354
355     if (first_field && ctx->picture.interlaced_frame) {
356         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
357         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
358         first_field = 0;
359         goto decode_coding_unit;
360     }
361
362     *picture = ctx->picture;
363     *data_size = sizeof(AVPicture);
364     return buf_size;
365 }
366
367 static int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
368 {
369     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
370
371     if (ctx->picture.data[0])
372         avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
373     free_vlc(&ctx->ac_vlc);
374     free_vlc(&ctx->dc_vlc);
375     free_vlc(&ctx->run_vlc);
376     return 0;
377 }
378
379 AVCodec dnxhd_decoder = {
380     "dnxhd",
381     CODEC_TYPE_VIDEO,
382     CODEC_ID_DNXHD,
383     sizeof(DNXHDContext),
384     dnxhd_decode_init,
385     NULL,
386     dnxhd_decode_close,
387     dnxhd_decode_frame,
388     CODEC_CAP_DR1,
389 };