ab6636cbc038cb3e99a5ac82493a6d85e72ffb6a
[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 Libav.
9  *
10  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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
35 typedef struct DNXHDContext {
36     AVCodecContext *avctx;
37     GetBitContext gb;
38     int cid;                            ///< compression id
39     unsigned int width, height;
40     unsigned int mb_width, mb_height;
41     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
42     int cur_field;                      ///< current interlaced field
43     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
44     int last_dc[3];
45     DSPContext dsp;
46     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, blocks)[8][64];
47     ScanTable scantable;
48     const CIDEntry *cid_table;
49     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
50     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
51                              int n, int qscale);
52 } DNXHDContext;
53
54 #define DNXHD_VLC_BITS 9
55 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
56
57 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale);
58 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block, int n, int qscale);
59
60 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
61 {
62     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
63
64     ctx->avctx = avctx;
65     return 0;
66 }
67
68 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int cid)
69 {
70     if (cid != ctx->cid) {
71         int index;
72
73         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
74             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
75             return -1;
76         }
77         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
78
79         ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
80         ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
81         ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
82
83         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
84                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
85                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
86         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
87                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
88                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
89         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
90                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
91                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
92
93         ff_init_scantable(ctx->dsp.idct_permutation, &ctx->scantable, ff_zigzag_direct);
94         ctx->cid = cid;
95     }
96     return 0;
97 }
98
99 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
100                                const uint8_t *buf, int buf_size, int first_field)
101 {
102     static const uint8_t header_prefix[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
103     int i, cid;
104
105     if (buf_size < 0x280)
106         return -1;
107
108     if (memcmp(buf, header_prefix, 5)) {
109         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
110         return -1;
111     }
112     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
113         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
114         frame->interlaced_frame = 1;
115         frame->top_field_first  = first_field ^ ctx->cur_field;
116         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
117     }
118
119     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
120     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
121
122     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, height %d\n", ctx->width, ctx->height);
123
124     if (buf[0x21] & 0x40) {
125         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
126         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
127         if (ctx->bit_depth != 10) {
128             ff_dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
129             ctx->bit_depth = 10;
130             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
131         }
132     } else {
133         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P;
134         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
135         if (ctx->bit_depth != 8) {
136             ff_dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
137             ctx->bit_depth = 8;
138             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
139         }
140     }
141
142     cid = AV_RB32(buf + 0x28);
143     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", cid);
144
145     if (dnxhd_init_vlc(ctx, cid) < 0)
146         return -1;
147
148     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
149         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
150         return -1;
151     }
152
153     ctx->mb_width = ctx->width>>4;
154     ctx->mb_height = buf[0x16d];
155
156     av_dlog(ctx->avctx, "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
157
158     if ((ctx->height+15)>>4 == ctx->mb_height && frame->interlaced_frame)
159         ctx->height <<= 1;
160
161     if (ctx->mb_height > 68 ||
162         (ctx->mb_height << frame->interlaced_frame) > (ctx->height+15)>>4) {
163         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
164         return -1;
165     }
166
167     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
168         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i<<2));
169         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
170         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
171             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
172             return -1;
173         }
174     }
175
176     return 0;
177 }
178
179 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
180                                                     int16_t *block, int n,
181                                                     int qscale,
182                                                     int index_bits,
183                                                     int level_bias,
184                                                     int level_shift)
185 {
186     int i, j, index1, index2, len;
187     int level, component, sign;
188     const uint8_t *weight_matrix;
189     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
190
191     if (n&2) {
192         component = 1 + (n&1);
193         weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
194     } else {
195         component = 0;
196         weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
197     }
198
199     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
200     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
201     if (len) {
202         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
203         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
204         sign  = ~level >> 31;
205         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
206         ctx->last_dc[component] += level;
207     }
208     block[0] = ctx->last_dc[component];
209
210     for (i = 1; ; i++) {
211         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
212         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
213                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
214         level = ctx->cid_table->ac_level[index1];
215         if (!level) /* EOB */
216             break;
217
218         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
219         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
220
221         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index1]) {
222             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 6;
223             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
224         }
225
226         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index1]) {
227             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
228             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
229                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
230             i += ctx->cid_table->run[index2];
231         }
232
233         if (i > 63) {
234             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
235             break;
236         }
237
238         j = ctx->scantable.permutated[i];
239         level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
240         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
241             level += level_bias;
242         level >>= level_shift;
243
244         block[j] = (level^sign) - sign;
245     }
246
247     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
248 }
249
250 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
251                                      int n, int qscale)
252 {
253     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
254 }
255
256 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
257                                       int n, int qscale)
258 {
259     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
260 }
261
262 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame, int x, int y)
263 {
264     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
265     int dct_linesize_luma   = frame->linesize[0];
266     int dct_linesize_chroma = frame->linesize[1];
267     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
268     int dct_y_offset, dct_x_offset;
269     int qscale, i;
270
271     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
272     skip_bits1(&ctx->gb);
273
274     for (i = 0; i < 8; i++) {
275         ctx->dsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
276         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
277     }
278
279     if (frame->interlaced_frame) {
280         dct_linesize_luma   <<= 1;
281         dct_linesize_chroma <<= 1;
282     }
283
284     dest_y = frame->data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
285     dest_u = frame->data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
286     dest_v = frame->data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
287
288     if (ctx->cur_field) {
289         dest_y += frame->linesize[0];
290         dest_u += frame->linesize[1];
291         dest_v += frame->linesize[2];
292     }
293
294     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
295     dct_x_offset = 8 << shift1;
296     ctx->dsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
297     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
298     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
299     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
300
301     if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
302         dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
303         ctx->dsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
304         ctx->dsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
305         ctx->dsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
306         ctx->dsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
307     }
308
309     return 0;
310 }
311
312 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
313                                     const uint8_t *buf, int buf_size)
314 {
315     int x, y;
316     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
317         ctx->last_dc[0] =
318         ctx->last_dc[1] =
319         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
320         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
321         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
322             //START_TIMER;
323             dnxhd_decode_macroblock(ctx, frame, x, y);
324             //STOP_TIMER("decode macroblock");
325         }
326     }
327     return 0;
328 }
329
330 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *got_frame,
331                               AVPacket *avpkt)
332 {
333     const uint8_t *buf = avpkt->data;
334     int buf_size = avpkt->size;
335     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
336     AVFrame *picture = data;
337     int first_field = 1;
338     int ret;
339
340     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
341
342  decode_coding_unit:
343     if (dnxhd_decode_header(ctx, picture, buf, buf_size, first_field) < 0)
344         return -1;
345
346     if ((avctx->width || avctx->height) &&
347         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
348         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
349                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
350         first_field = 1;
351     }
352
353     if (av_image_check_size(ctx->width, ctx->height, 0, avctx))
354         return -1;
355     avcodec_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
356
357     if (first_field) {
358         if ((ret = ff_get_buffer(avctx, picture, 0)) < 0) {
359             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
360             return ret;
361         }
362         picture->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
363         picture->key_frame = 1;
364     }
365
366     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, picture, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
367
368     if (first_field && picture->interlaced_frame) {
369         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
370         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
371         first_field = 0;
372         goto decode_coding_unit;
373     }
374
375     *got_frame = 1;
376     return buf_size;
377 }
378
379 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
380 {
381     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
382
383     ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
384     ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
385     ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
386     return 0;
387 }
388
389 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
390     .name           = "dnxhd",
391     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
392     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
393     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
394     .init           = dnxhd_decode_init,
395     .close          = dnxhd_decode_close,
396     .decode         = dnxhd_decode_frame,
397     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
398     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
399 };