libfdk-aacdec: Decode the first AAC frame to reliably identify the bitstream
[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 #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
34 typedef struct DNXHDContext {
35     AVCodecContext *avctx;
36     GetBitContext gb;
37     BlockDSPContext bdsp;
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     IDCTDSPContext idsp;
46     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, blocks)[12][64];
47     ScanTable scantable;
48     const CIDEntry *cid_table;
49     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
50     int is_444;
51     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
52                              int n, int qscale);
53 } DNXHDContext;
54
55 #define DNXHD_VLC_BITS 9
56 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
57
58 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
59                                      int n, int qscale);
60 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
61                                       int n, int qscale);
62 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
63                                           int n, int qscale);
64
65 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
66 {
67     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
68
69     ctx->avctx = avctx;
70     return 0;
71 }
72
73 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int 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 AVERROR(ENOSYS);
81         }
82         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
83
84         ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
85         ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
86         ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
87
88         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
89                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
90                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
91         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
92                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
93                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
94         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
95                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
96                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
97
98         ff_init_scantable(ctx->idsp.idct_permutation, &ctx->scantable,
99                           ff_zigzag_direct);
100         ctx->cid = cid;
101     }
102     return 0;
103 }
104
105 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
106                                const uint8_t *buf, int buf_size,
107                                int first_field)
108 {
109     static const uint8_t header_prefix[]    = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
110     static const uint8_t header_prefix444[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x02 };
111     int i, cid, ret;
112
113     if (buf_size < 0x280)
114         return AVERROR_INVALIDDATA;
115
116     if (memcmp(buf, header_prefix, 5) && memcmp(buf, header_prefix444, 5)) {
117         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
118         return AVERROR_INVALIDDATA;
119     }
120     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
121         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
122         frame->interlaced_frame = 1;
123         frame->top_field_first  = first_field ^ ctx->cur_field;
124         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG,
125                "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     ctx->is_444 = 0;
134     if (buf[0x4] == 0x2) {
135         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV444P10;
136         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
137         if (ctx->bit_depth != 10) {
138             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
139             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
140             ctx->bit_depth = 10;
141             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10_444;
142         }
143         ctx->is_444 = 1;
144     } else if (buf[0x21] & 0x40) {
145         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
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;
152         }
153     } else {
154         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P;
155         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
156         if (ctx->bit_depth != 8) {
157             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
158             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
159             ctx->bit_depth = 8;
160             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
161         }
162     }
163
164     cid = AV_RB32(buf + 0x28);
165     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", cid);
166
167     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx, cid)) < 0)
168         return ret;
169
170     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
171         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
172         return AVERROR_INVALIDDATA;
173     }
174
175     ctx->mb_width  = ctx->width >> 4;
176     ctx->mb_height = buf[0x16d];
177
178     av_dlog(ctx->avctx,
179             "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
180
181     if ((ctx->height + 15) >> 4 == ctx->mb_height && frame->interlaced_frame)
182         ctx->height <<= 1;
183
184     if (ctx->mb_height > 68 ||
185         (ctx->mb_height << frame->interlaced_frame) > (ctx->height + 15) >> 4) {
186         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR,
187                "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
188         return AVERROR_INVALIDDATA;
189     }
190
191     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
192         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i << 2));
193         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
194         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
195             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
196             return AVERROR_INVALIDDATA;
197         }
198     }
199
200     return 0;
201 }
202
203 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
204                                                     int16_t *block, int n,
205                                                     int qscale,
206                                                     int index_bits,
207                                                     int level_bias,
208                                                     int level_shift)
209 {
210     int i, j, index1, index2, len;
211     int level, component, sign;
212     const uint8_t *weight_matrix;
213     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
214
215     if (!ctx->is_444) {
216         if (n & 2) {
217             component     = 1 + (n & 1);
218             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
219         } else {
220             component     = 0;
221             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
222         }
223     } else {
224         component = (n >> 1) % 3;
225         if (component) {
226             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
227         } else {
228             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
229         }
230     }
231
232     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
233     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
234     if (len) {
235         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
236         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
237         sign  = ~level >> 31;
238         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
239         ctx->last_dc[component] += level;
240     }
241     block[0] = ctx->last_dc[component];
242
243     for (i = 1; ; i++) {
244         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
245         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
246                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
247         level = ctx->cid_table->ac_level[index1];
248         if (!level) /* EOB */
249             break;
250
251         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
252         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
253
254         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index1]) {
255             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 6;
256             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
257         }
258
259         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index1]) {
260             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
261             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
262                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
263             i += ctx->cid_table->run[index2];
264         }
265
266         if (i > 63) {
267             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
268             break;
269         }
270
271         j     = ctx->scantable.permutated[i];
272         level = (2 * level + 1) * qscale * weight_matrix[i];
273         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
274             level += level_bias;
275         level >>= level_shift;
276
277         block[j] = (level ^ sign) - sign;
278     }
279
280     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
281 }
282
283 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
284                                      int n, int qscale)
285 {
286     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
287 }
288
289 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
290                                       int n, int qscale)
291 {
292     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
293 }
294
295 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
296                                           int n, int qscale)
297 {
298     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 32, 6);
299 }
300
301 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
302                                    int x, int y)
303 {
304     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
305     int dct_linesize_luma   = frame->linesize[0];
306     int dct_linesize_chroma = frame->linesize[1];
307     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
308     int dct_y_offset, dct_x_offset;
309     int qscale, i;
310
311     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
312     skip_bits1(&ctx->gb);
313
314     for (i = 0; i < 8; i++) {
315         ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
316         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
317     }
318     if (ctx->is_444) {
319         for (; i < 12; i++) {
320             ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
321             ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
322         }
323     }
324
325     if (frame->interlaced_frame) {
326         dct_linesize_luma   <<= 1;
327         dct_linesize_chroma <<= 1;
328     }
329
330     dest_y = frame->data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
331     dest_u = frame->data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
332     dest_v = frame->data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
333
334     if (ctx->cur_field) {
335         dest_y += frame->linesize[0];
336         dest_u += frame->linesize[1];
337         dest_v += frame->linesize[2];
338     }
339
340     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
341     dct_x_offset = 8 << shift1;
342     if (!ctx->is_444) {
343         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
344         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
345         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
346         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
347
348         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
349             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
350             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
351             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
352             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
353             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
354         }
355     } else {
356         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
357         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
358         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[6]);
359         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[7]);
360
361         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
362             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
363             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
364             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
365             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[8]);
366             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[9]);
367             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[4]);
368             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[5]);
369             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[10]);
370             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[11]);
371         }
372     }
373
374     return 0;
375 }
376
377 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
378                                     const uint8_t *buf, int buf_size)
379 {
380     int x, y;
381     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
382         ctx->last_dc[0] =
383         ctx->last_dc[1] =
384         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
385         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
386         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
387             //START_TIMER;
388             dnxhd_decode_macroblock(ctx, frame, x, y);
389             //STOP_TIMER("decode macroblock");
390         }
391     }
392     return 0;
393 }
394
395 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
396                               int *got_frame, AVPacket *avpkt)
397 {
398     const uint8_t *buf = avpkt->data;
399     int buf_size = avpkt->size;
400     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
401     AVFrame *picture = data;
402     int first_field = 1;
403     int ret;
404
405     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
406
407 decode_coding_unit:
408     if ((ret = dnxhd_decode_header(ctx, picture, buf, buf_size, first_field)) < 0)
409         return ret;
410
411     if ((avctx->width || avctx->height) &&
412         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
413         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
414                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
415         first_field = 1;
416     }
417
418     ret = ff_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
419     if (ret < 0)
420         return ret;
421
422     if (first_field) {
423         if ((ret = ff_get_buffer(avctx, picture, 0)) < 0) {
424             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
425             return ret;
426         }
427         picture->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
428         picture->key_frame = 1;
429     }
430
431     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, picture, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
432
433     if (first_field && picture->interlaced_frame) {
434         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
435         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
436         first_field = 0;
437         goto decode_coding_unit;
438     }
439
440     *got_frame = 1;
441     return buf_size;
442 }
443
444 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
445 {
446     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
447
448     ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
449     ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
450     ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
451     return 0;
452 }
453
454 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
455     .name           = "dnxhd",
456     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
457     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
458     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
459     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
460     .init           = dnxhd_decode_init,
461     .close          = dnxhd_decode_close,
462     .decode         = dnxhd_decode_frame,
463     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
464 };