86dd6088d397cf53f05ee1d5106b40e6345818db
[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     { 1238, 1920, 1080, 0, 917504, 917504, 4, 8,
67       dnxhd_1238_luma_weigth, dnxhd_1238_chroma_weigth,
68       dnxhd_1238_dc_codes, dnxhd_1238_dc_bits,
69       dnxhd_1238_ac_codes, dnxhd_1238_ac_bits, dnxhd_1238_ac_level,
70       dnxhd_1238_ac_run_flag, dnxhd_1238_ac_index_flag,
71       dnxhd_1238_run_codes, dnxhd_1238_run_bits, dnxhd_1238_run },
72     { 1243, 1920, 1080, 1, 917504, 458752, 4, 8,
73       dnxhd_1243_luma_weigth, dnxhd_1243_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 };
79
80 static int dnxhd_get_cid_table(int cid)
81 {
82     int i;
83     for (i = 0; i < sizeof(cid_table)/sizeof(CIDEntry); i++)
84         if (cid_table[i].cid == cid)
85             return i;
86     return -1;
87 }
88
89 #define DNXHD_VLC_BITS 9
90 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 6
91
92 static int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
93 {
94     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
95
96     ctx->avctx = avctx;
97     dsputil_init(&ctx->dsp, avctx);
98     avctx->coded_frame = &ctx->picture;
99     ctx->picture.type = FF_I_TYPE;
100     return 0;
101 }
102
103 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int cid)
104 {
105     if (!ctx->cid_table) {
106         int index;
107
108         if ((index = dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
109             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
110             return -1;
111         }
112         ctx->cid_table = &cid_table[index];
113         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
114                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
115                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
116         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, 12,
117                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
118                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
119         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
120                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
121                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
122
123         ff_init_scantable(ctx->dsp.idct_permutation, &ctx->scantable, ff_zigzag_direct);
124     }
125     return 0;
126 }
127
128 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, uint8_t *buf, int buf_size, int first_field)
129 {
130     static const uint8_t header_prefix[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
131     int i;
132
133     if (buf_size < 0x280)
134         return -1;
135
136     if (memcmp(buf, header_prefix, 5)) {
137         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
138         return -1;
139     }
140     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
141         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
142         ctx->picture.interlaced_frame = 1;
143         ctx->picture.top_field_first = first_field && ctx->cur_field == 1;
144         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
145     }
146
147     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
148     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
149
150     dprintf(ctx->avctx, "width %d, heigth %d\n", ctx->width, ctx->height);
151
152     if (buf[0x21] & 0x80) {
153         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "10 bit per component\n");
154         return -1;
155     }
156
157     ctx->cid = AV_RB32(buf + 0x28);
158     dprintf(ctx->avctx, "compression id %d\n", ctx->cid);
159
160     if (dnxhd_init_vlc(ctx, ctx->cid) < 0)
161         return -1;
162
163     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
164         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
165         return -1;
166     }
167
168     ctx->mb_width = ctx->width>>4;
169     ctx->mb_height = buf[0x16d];
170
171     if (ctx->mb_height > 68) {
172         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "mb height too big\n");
173         return -1;
174     }
175
176     dprintf(ctx->avctx, "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
177     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
178         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i<<2));
179         dprintf(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
180         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
181             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
182             return -1;
183         }
184     }
185
186     return 0;
187 }
188
189 static int dnxhd_decode_dc(DNXHDContext *ctx)
190 {
191     int len;
192
193     len = get_vlc2(&ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
194     return len ? get_xbits(&ctx->gb, len) : 0;
195 }
196
197 static void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale)
198 {
199     int i, j, index, index2;
200     int level, component, sign;
201     const uint8_t *weigth_matrix;
202
203     if (n&2) {
204         component = 1 + (n&1);
205         weigth_matrix = ctx->cid_table->chroma_weigth;
206     } else {
207         component = 0;
208         weigth_matrix = ctx->cid_table->luma_weigth;
209     }
210
211     ctx->last_dc[component] += dnxhd_decode_dc(ctx);
212     block[0] = ctx->last_dc[component];
213     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "dc %d\n", block[0]);
214     for (i = 1; ; i++) {
215         index = get_vlc2(&ctx->gb, ctx->ac_vlc.table, DNXHD_VLC_BITS, 2);
216         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "index %d\n", index);
217         level = ctx->cid_table->ac_level[index];
218         if (!level) { /* EOB */
219             //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "EOB\n");
220             return;
221         }
222         sign = get_sbits(&ctx->gb, 1);
223
224         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index]) {
225             level += get_bits(&ctx->gb, ctx->cid_table->index_bits)<<6;
226         }
227
228         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index]) {
229             index2 = get_vlc2(&ctx->gb, ctx->run_vlc.table, DNXHD_VLC_BITS, 2);
230             i += ctx->cid_table->run[index2];
231         }
232
233         j = ctx->scantable.permutated[i];
234         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "j %d\n", j);
235         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "level %d, weigth %d\n", level, weigth_matrix[i]);
236         level = (2*level+1) * qscale * weigth_matrix[i];
237         if (weigth_matrix[i] != 32) // FIXME 10bit
238             level += 32;
239         level >>= 6;
240         level = (level^sign) - sign;
241
242         if (i > 63) {
243             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
244             return;
245         }
246
247         //av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "i %d, j %d, end level %d\n", i, j, level);
248         block[j] = level;
249     }
250 }
251
252 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, int x, int y)
253 {
254     int dct_linesize_luma   = ctx->picture.linesize[0];
255     int dct_linesize_chroma = ctx->picture.linesize[1];
256     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
257     int dct_offset;
258     int qscale, i;
259
260     ctx->dsp.clear_blocks(ctx->blocks[0]);
261     ctx->dsp.clear_blocks(ctx->blocks[2]); // FIXME change clear blocks to take block amount
262
263     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
264     skip_bits1(&ctx->gb);
265     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "qscale %d\n", qscale);
266
267     for (i = 0; i < 8; i++) {
268         dnxhd_decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
269     }
270
271     if (ctx->picture.interlaced_frame) {
272         dct_linesize_luma   <<= 1;
273         dct_linesize_chroma <<= 1;
274     }
275
276     dest_y = ctx->picture.data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << 4);
277     dest_u = ctx->picture.data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << 3);
278     dest_v = ctx->picture.data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << 3);
279
280     if (ctx->cur_field) {
281         dest_y += ctx->picture.linesize[0];
282         dest_u += ctx->picture.linesize[1];
283         dest_v += ctx->picture.linesize[2];
284     }
285
286     dct_offset = dct_linesize_luma << 3;
287     ctx->dsp.idct_put(dest_y,                  dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
288     ctx->dsp.idct_put(dest_y + 8,              dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
289     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_offset,     dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
290     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_offset + 8, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
291
292     if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
293         dct_offset = dct_linesize_chroma << 3;
294         ctx->dsp.idct_put(dest_u,              dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
295         ctx->dsp.idct_put(dest_v,              dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
296         ctx->dsp.idct_put(dest_u + dct_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
297         ctx->dsp.idct_put(dest_v + dct_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
298     }
299
300     return 0;
301 }
302
303 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, uint8_t *buf, int buf_size)
304 {
305     int x, y;
306     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
307         ctx->last_dc[0] =
308         ctx->last_dc[1] =
309         ctx->last_dc[2] = 1024; // 1024 for levels +128
310         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
311         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
312             //START_TIMER;
313             dnxhd_decode_macroblock(ctx, x, y);
314             //STOP_TIMER("decode macroblock");
315         }
316     }
317     return 0;
318 }
319
320 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *data_size,
321                               uint8_t *buf, int buf_size)
322 {
323     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
324     AVFrame *picture = data;
325     int first_field = 1;
326
327     dprintf(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
328
329  decode_coding_unit:
330     if (dnxhd_decode_header(ctx, buf, buf_size, first_field) < 0)
331         return -1;
332
333     avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV422P;
334     if (avcodec_check_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height))
335         return -1;
336     avcodec_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
337
338     if (first_field) {
339         if (ctx->picture.data[0])
340             avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
341         if (avctx->get_buffer(avctx, &ctx->picture) < 0) {
342             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
343             return -1;
344         }
345     }
346
347     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
348
349     if (first_field && ctx->picture.interlaced_frame) {
350         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
351         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
352         first_field = 0;
353         goto decode_coding_unit;
354     }
355
356     *picture = ctx->picture;
357     *data_size = sizeof(AVPicture);
358     return buf_size;
359 }
360
361 static int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
362 {
363     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
364
365     if (ctx->picture.data[0])
366         avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
367     free_vlc(&ctx->ac_vlc);
368     free_vlc(&ctx->dc_vlc);
369     free_vlc(&ctx->run_vlc);
370     return 0;
371 }
372
373 AVCodec dnxhd_decoder = {
374     "dnxhd",
375     CODEC_TYPE_VIDEO,
376     CODEC_ID_DNXHD,
377     sizeof(DNXHDContext),
378     dnxhd_decode_init,
379     NULL,
380     dnxhd_decode_close,
381     dnxhd_decode_frame,
382     CODEC_CAP_DR1,
383 };