Merge remote-tracking branch 'qatar/master'
[ffmpeg.git] / libavcodec / h261dec.c
1 /*
2  * H261 decoder
3  * Copyright (c) 2002-2004 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
4  * Copyright (c) 2004 Maarten Daniels
5  *
6  * This file is part of FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 /**
24  * @file
25  * H.261 decoder.
26  */
27
28 #include "dsputil.h"
29 #include "avcodec.h"
30 #include "mpegvideo.h"
31 #include "h263.h"
32 #include "h261.h"
33 #include "h261data.h"
34
35 #define H261_MBA_VLC_BITS 9
36 #define H261_MTYPE_VLC_BITS 6
37 #define H261_MV_VLC_BITS 7
38 #define H261_CBP_VLC_BITS 9
39 #define TCOEFF_VLC_BITS 9
40 #define MBA_STUFFING 33
41 #define MBA_STARTCODE 34
42
43 extern uint8_t ff_h261_rl_table_store[2][2*MAX_RUN + MAX_LEVEL + 3];
44
45 static VLC h261_mba_vlc;
46 static VLC h261_mtype_vlc;
47 static VLC h261_mv_vlc;
48 static VLC h261_cbp_vlc;
49
50 static int h261_decode_block(H261Context * h, DCTELEM * block, int n, int coded);
51
52 static av_cold void h261_decode_init_vlc(H261Context *h){
53     static int done = 0;
54
55     if(!done){
56         done = 1;
57         INIT_VLC_STATIC(&h261_mba_vlc, H261_MBA_VLC_BITS, 35,
58                  h261_mba_bits, 1, 1,
59                  h261_mba_code, 1, 1, 662);
60         INIT_VLC_STATIC(&h261_mtype_vlc, H261_MTYPE_VLC_BITS, 10,
61                  h261_mtype_bits, 1, 1,
62                  h261_mtype_code, 1, 1, 80);
63         INIT_VLC_STATIC(&h261_mv_vlc, H261_MV_VLC_BITS, 17,
64                  &h261_mv_tab[0][1], 2, 1,
65                  &h261_mv_tab[0][0], 2, 1, 144);
66         INIT_VLC_STATIC(&h261_cbp_vlc, H261_CBP_VLC_BITS, 63,
67                  &h261_cbp_tab[0][1], 2, 1,
68                  &h261_cbp_tab[0][0], 2, 1, 512);
69         init_rl(&h261_rl_tcoeff, ff_h261_rl_table_store);
70         INIT_VLC_RL(h261_rl_tcoeff, 552);
71     }
72 }
73
74 static av_cold int h261_decode_init(AVCodecContext *avctx){
75     H261Context *h= avctx->priv_data;
76     MpegEncContext * const s = &h->s;
77
78     // set defaults
79     MPV_decode_defaults(s);
80     s->avctx = avctx;
81
82     s->width  = s->avctx->coded_width;
83     s->height = s->avctx->coded_height;
84     s->codec_id = s->avctx->codec->id;
85
86     s->out_format = FMT_H261;
87     s->low_delay= 1;
88     avctx->pix_fmt= PIX_FMT_YUV420P;
89
90     s->codec_id= avctx->codec->id;
91
92     h261_decode_init_vlc(h);
93
94     h->gob_start_code_skipped = 0;
95
96     return 0;
97 }
98
99 /**
100  * decodes the group of blocks header or slice header.
101  * @return <0 if an error occurred
102  */
103 static int h261_decode_gob_header(H261Context *h){
104     unsigned int val;
105     MpegEncContext * const s = &h->s;
106
107     if ( !h->gob_start_code_skipped ){
108         /* Check for GOB Start Code */
109         val = show_bits(&s->gb, 15);
110         if(val)
111             return -1;
112
113         /* We have a GBSC */
114         skip_bits(&s->gb, 16);
115     }
116
117     h->gob_start_code_skipped = 0;
118
119     h->gob_number = get_bits(&s->gb, 4); /* GN */
120     s->qscale = get_bits(&s->gb, 5); /* GQUANT */
121
122     /* Check if gob_number is valid */
123     if (s->mb_height==18){ //cif
124         if ((h->gob_number<=0) || (h->gob_number>12))
125             return -1;
126     }
127     else{ //qcif
128         if ((h->gob_number!=1) && (h->gob_number!=3) && (h->gob_number!=5))
129             return -1;
130     }
131
132     /* GEI */
133     while (get_bits1(&s->gb) != 0) {
134         skip_bits(&s->gb, 8);
135     }
136
137     if(s->qscale==0) {
138         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "qscale has forbidden 0 value\n");
139         if (s->avctx->error_recognition >= FF_ER_COMPLIANT)
140             return -1;
141     }
142
143     // For the first transmitted macroblock in a GOB, MBA is the absolute address. For
144     // subsequent macroblocks, MBA is the difference between the absolute addresses of
145     // the macroblock and the last transmitted macroblock.
146     h->current_mba = 0;
147     h->mba_diff = 0;
148
149     return 0;
150 }
151
152 /**
153  * decodes the group of blocks / video packet header.
154  * @return <0 if no resync found
155  */
156 static int ff_h261_resync(H261Context *h){
157     MpegEncContext * const s = &h->s;
158     int left, ret;
159
160     if ( h->gob_start_code_skipped ){
161         ret= h261_decode_gob_header(h);
162         if(ret>=0)
163             return 0;
164     }
165     else{
166         if(show_bits(&s->gb, 15)==0){
167             ret= h261_decode_gob_header(h);
168             if(ret>=0)
169                 return 0;
170         }
171         //OK, it is not where it is supposed to be ...
172         s->gb= s->last_resync_gb;
173         align_get_bits(&s->gb);
174         left= get_bits_left(&s->gb);
175
176         for(;left>15+1+4+5; left-=8){
177             if(show_bits(&s->gb, 15)==0){
178                 GetBitContext bak= s->gb;
179
180                 ret= h261_decode_gob_header(h);
181                 if(ret>=0)
182                     return 0;
183
184                 s->gb= bak;
185             }
186             skip_bits(&s->gb, 8);
187         }
188     }
189
190     return -1;
191 }
192
193 /**
194  * decodes skipped macroblocks
195  * @return 0
196  */
197 static int h261_decode_mb_skipped(H261Context *h, int mba1, int mba2 )
198 {
199     MpegEncContext * const s = &h->s;
200     int i;
201
202     s->mb_intra = 0;
203
204     for(i=mba1; i<mba2; i++){
205         int j, xy;
206
207         s->mb_x= ((h->gob_number-1) % 2) * 11 + i % 11;
208         s->mb_y= ((h->gob_number-1) / 2) * 3 + i / 11;
209         xy = s->mb_x + s->mb_y * s->mb_stride;
210         ff_init_block_index(s);
211         ff_update_block_index(s);
212
213         for(j=0;j<6;j++)
214             s->block_last_index[j] = -1;
215
216         s->mv_dir = MV_DIR_FORWARD;
217         s->mv_type = MV_TYPE_16X16;
218         s->current_picture.f.mb_type[xy] = MB_TYPE_SKIP | MB_TYPE_16x16 | MB_TYPE_L0;
219         s->mv[0][0][0] = 0;
220         s->mv[0][0][1] = 0;
221         s->mb_skipped = 1;
222         h->mtype &= ~MB_TYPE_H261_FIL;
223
224         MPV_decode_mb(s, s->block);
225     }
226
227     return 0;
228 }
229
230 static int decode_mv_component(GetBitContext *gb, int v){
231     int mv_diff = get_vlc2(gb, h261_mv_vlc.table, H261_MV_VLC_BITS, 2);
232
233     /* check if mv_diff is valid */
234     if ( mv_diff < 0 )
235         return v;
236
237     mv_diff = mvmap[mv_diff];
238
239     if(mv_diff && !get_bits1(gb))
240         mv_diff= -mv_diff;
241
242     v += mv_diff;
243     if     (v <=-16) v+= 32;
244     else if(v >= 16) v-= 32;
245
246     return v;
247 }
248
249 static int h261_decode_mb(H261Context *h){
250     MpegEncContext * const s = &h->s;
251     int i, cbp, xy;
252
253     cbp = 63;
254     // Read mba
255     do{
256         h->mba_diff = get_vlc2(&s->gb, h261_mba_vlc.table, H261_MBA_VLC_BITS, 2);
257
258         /* Check for slice end */
259         /* NOTE: GOB can be empty (no MB data) or exist only of MBA_stuffing */
260         if (h->mba_diff == MBA_STARTCODE){ // start code
261             h->gob_start_code_skipped = 1;
262             return SLICE_END;
263         }
264     }
265     while( h->mba_diff == MBA_STUFFING ); // stuffing
266
267     if ( h->mba_diff < 0 ){
268         if ( get_bits_count(&s->gb) + 7 >= s->gb.size_in_bits )
269             return SLICE_END;
270
271         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "illegal mba at %d %d\n", s->mb_x, s->mb_y);
272         return SLICE_ERROR;
273     }
274
275     h->mba_diff += 1;
276     h->current_mba += h->mba_diff;
277
278     if ( h->current_mba > MBA_STUFFING )
279         return SLICE_ERROR;
280
281     s->mb_x= ((h->gob_number-1) % 2) * 11 + ((h->current_mba-1) % 11);
282     s->mb_y= ((h->gob_number-1) / 2) * 3 + ((h->current_mba-1) / 11);
283     xy = s->mb_x + s->mb_y * s->mb_stride;
284     ff_init_block_index(s);
285     ff_update_block_index(s);
286
287     // Read mtype
288     h->mtype = get_vlc2(&s->gb, h261_mtype_vlc.table, H261_MTYPE_VLC_BITS, 2);
289     h->mtype = h261_mtype_map[h->mtype];
290
291     // Read mquant
292     if ( IS_QUANT ( h->mtype ) ){
293         ff_set_qscale(s, get_bits(&s->gb, 5));
294     }
295
296     s->mb_intra = IS_INTRA4x4(h->mtype);
297
298     // Read mv
299     if ( IS_16X16 ( h->mtype ) ){
300         // Motion vector data is included for all MC macroblocks. MVD is obtained from the macroblock vector by subtracting the
301         // vector of the preceding macroblock. For this calculation the vector of the preceding macroblock is regarded as zero in the
302         // following three situations:
303         // 1) evaluating MVD for macroblocks 1, 12 and 23;
304         // 2) evaluating MVD for macroblocks in which MBA does not represent a difference of 1;
305         // 3) MTYPE of the previous macroblock was not MC.
306         if ( ( h->current_mba == 1 ) || ( h->current_mba == 12 ) || ( h->current_mba == 23 ) ||
307              ( h->mba_diff != 1))
308         {
309             h->current_mv_x = 0;
310             h->current_mv_y = 0;
311         }
312
313         h->current_mv_x= decode_mv_component(&s->gb, h->current_mv_x);
314         h->current_mv_y= decode_mv_component(&s->gb, h->current_mv_y);
315     }else{
316         h->current_mv_x = 0;
317         h->current_mv_y = 0;
318     }
319
320     // Read cbp
321     if ( HAS_CBP( h->mtype ) ){
322         cbp = get_vlc2(&s->gb, h261_cbp_vlc.table, H261_CBP_VLC_BITS, 2) + 1;
323     }
324
325     if(s->mb_intra){
326         s->current_picture.f.mb_type[xy] = MB_TYPE_INTRA;
327         goto intra;
328     }
329
330     //set motion vectors
331     s->mv_dir = MV_DIR_FORWARD;
332     s->mv_type = MV_TYPE_16X16;
333     s->current_picture.f.mb_type[xy] = MB_TYPE_16x16 | MB_TYPE_L0;
334     s->mv[0][0][0] = h->current_mv_x * 2;//gets divided by 2 in motion compensation
335     s->mv[0][0][1] = h->current_mv_y * 2;
336
337 intra:
338     /* decode each block */
339     if(s->mb_intra || HAS_CBP(h->mtype)){
340         s->dsp.clear_blocks(s->block[0]);
341         for (i = 0; i < 6; i++) {
342             if (h261_decode_block(h, s->block[i], i, cbp&32) < 0){
343                 return SLICE_ERROR;
344             }
345             cbp+=cbp;
346         }
347     }else{
348         for (i = 0; i < 6; i++)
349             s->block_last_index[i]= -1;
350     }
351
352     MPV_decode_mb(s, s->block);
353
354     return SLICE_OK;
355 }
356
357 /**
358  * decodes a macroblock
359  * @return <0 if an error occurred
360  */
361 static int h261_decode_block(H261Context * h, DCTELEM * block,
362                              int n, int coded)
363 {
364     MpegEncContext * const s = &h->s;
365     int code, level, i, j, run;
366     RLTable *rl = &h261_rl_tcoeff;
367     const uint8_t *scan_table;
368
369     // For the variable length encoding there are two code tables, one being used for
370     // the first transmitted LEVEL in INTER, INTER+MC and INTER+MC+FIL blocks, the second
371     // for all other LEVELs except the first one in INTRA blocks which is fixed length
372     // coded with 8 bits.
373     // NOTE: the two code tables only differ in one VLC so we handle that manually.
374     scan_table = s->intra_scantable.permutated;
375     if (s->mb_intra){
376         /* DC coef */
377         level = get_bits(&s->gb, 8);
378         // 0 (00000000b) and -128 (10000000b) are FORBIDDEN
379         if((level&0x7F) == 0){
380             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "illegal dc %d at %d %d\n", level, s->mb_x, s->mb_y);
381             return -1;
382         }
383         // The code 1000 0000 is not used, the reconstruction level of 1024 being coded as 1111 1111.
384         if (level == 255)
385             level = 128;
386         block[0] = level;
387         i = 1;
388     }else if(coded){
389         // Run  Level   Code
390         // EOB                  Not possible for first level when cbp is available (that's why the table is different)
391         // 0    1               1s
392         // *    *               0*
393         int check = show_bits(&s->gb, 2);
394         i = 0;
395         if ( check & 0x2 ){
396             skip_bits(&s->gb, 2);
397             block[0] = ( check & 0x1 ) ? -1 : 1;
398             i = 1;
399         }
400     }else{
401         i = 0;
402     }
403     if(!coded){
404         s->block_last_index[n] = i - 1;
405         return 0;
406     }
407     for(;;){
408         code = get_vlc2(&s->gb, rl->vlc.table, TCOEFF_VLC_BITS, 2);
409         if (code < 0){
410             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "illegal ac vlc code at %dx%d\n", s->mb_x, s->mb_y);
411             return -1;
412         }
413         if (code == rl->n) {
414             /* escape */
415             // The remaining combinations of (run, level) are encoded with a 20-bit word consisting of 6 bits escape, 6 bits run and 8 bits level.
416             run = get_bits(&s->gb, 6);
417             level = get_sbits(&s->gb, 8);
418         }else if(code == 0){
419             break;
420         }else{
421             run = rl->table_run[code];
422             level = rl->table_level[code];
423             if (get_bits1(&s->gb))
424                 level = -level;
425         }
426         i += run;
427         if (i >= 64){
428             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "run overflow at %dx%d\n", s->mb_x, s->mb_y);
429             return -1;
430         }
431         j = scan_table[i];
432         block[j] = level;
433         i++;
434     }
435     s->block_last_index[n] = i-1;
436     return 0;
437 }
438
439 /**
440  * decodes the H261 picture header.
441  * @return <0 if no startcode found
442  */
443 static int h261_decode_picture_header(H261Context *h){
444     MpegEncContext * const s = &h->s;
445     int format, i;
446     uint32_t startcode= 0;
447
448     for(i= get_bits_left(&s->gb); i>24; i-=1){
449         startcode = ((startcode << 1) | get_bits(&s->gb, 1)) & 0x000FFFFF;
450
451         if(startcode == 0x10)
452             break;
453     }
454
455     if (startcode != 0x10){
456         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Bad picture start code\n");
457         return -1;
458     }
459
460     /* temporal reference */
461     i= get_bits(&s->gb, 5); /* picture timestamp */
462     if(i < (s->picture_number&31))
463         i += 32;
464     s->picture_number = (s->picture_number&~31) + i;
465
466     s->avctx->time_base= (AVRational){1001, 30000};
467     s->current_picture.f.pts = s->picture_number;
468
469
470     /* PTYPE starts here */
471     skip_bits1(&s->gb); /* split screen off */
472     skip_bits1(&s->gb); /* camera  off */
473     skip_bits1(&s->gb); /* freeze picture release off */
474
475     format = get_bits1(&s->gb);
476
477     //only 2 formats possible
478     if (format == 0){//QCIF
479         s->width = 176;
480         s->height = 144;
481         s->mb_width = 11;
482         s->mb_height = 9;
483     }else{//CIF
484         s->width = 352;
485         s->height = 288;
486         s->mb_width = 22;
487         s->mb_height = 18;
488     }
489
490     s->mb_num = s->mb_width * s->mb_height;
491
492     skip_bits1(&s->gb); /* still image mode off */
493     skip_bits1(&s->gb); /* Reserved */
494
495     /* PEI */
496     while (get_bits1(&s->gb) != 0){
497         skip_bits(&s->gb, 8);
498     }
499
500     // h261 has no I-FRAMES, but if we pass AV_PICTURE_TYPE_I for the first frame, the codec crashes if it does
501     // not contain all I-blocks (e.g. when a packet is lost)
502     s->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_P;
503
504     h->gob_number = 0;
505     return 0;
506 }
507
508 static int h261_decode_gob(H261Context *h){
509     MpegEncContext * const s = &h->s;
510
511     ff_set_qscale(s, s->qscale);
512
513     /* decode mb's */
514     while(h->current_mba <= MBA_STUFFING)
515     {
516         int ret;
517         /* DCT & quantize */
518         ret= h261_decode_mb(h);
519         if(ret<0){
520             if(ret==SLICE_END){
521                 h261_decode_mb_skipped(h, h->current_mba, 33);
522                 return 0;
523             }
524             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error at MB: %d\n", s->mb_x + s->mb_y*s->mb_stride);
525             return -1;
526         }
527
528         h261_decode_mb_skipped(h, h->current_mba-h->mba_diff, h->current_mba-1);
529     }
530
531     return -1;
532 }
533
534 /**
535  * returns the number of bytes consumed for building the current frame
536  */
537 static int get_consumed_bytes(MpegEncContext *s, int buf_size){
538     int pos= get_bits_count(&s->gb)>>3;
539     if(pos==0) pos=1; //avoid infinite loops (i doubt that is needed but ...)
540     if(pos+10>buf_size) pos=buf_size; // oops ;)
541
542     return pos;
543 }
544
545 static int h261_decode_frame(AVCodecContext *avctx,
546                              void *data, int *data_size,
547                              AVPacket *avpkt)
548 {
549     const uint8_t *buf = avpkt->data;
550     int buf_size = avpkt->size;
551     H261Context *h= avctx->priv_data;
552     MpegEncContext *s = &h->s;
553     int ret;
554     AVFrame *pict = data;
555
556     av_dlog(avctx, "*****frame %d size=%d\n", avctx->frame_number, buf_size);
557     av_dlog(avctx, "bytes=%x %x %x %x\n", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3]);
558     s->flags= avctx->flags;
559     s->flags2= avctx->flags2;
560
561     h->gob_start_code_skipped=0;
562
563 retry:
564
565     init_get_bits(&s->gb, buf, buf_size*8);
566
567     if(!s->context_initialized){
568         if (MPV_common_init(s) < 0) //we need the idct permutaton for reading a custom matrix
569             return -1;
570     }
571
572     //we need to set current_picture_ptr before reading the header, otherwise we cannot store anyting im there
573     if (s->current_picture_ptr == NULL || s->current_picture_ptr->f.data[0]) {
574         int i= ff_find_unused_picture(s, 0);
575         s->current_picture_ptr= &s->picture[i];
576     }
577
578     ret = h261_decode_picture_header(h);
579
580     /* skip if the header was thrashed */
581     if (ret < 0){
582         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "header damaged\n");
583         return -1;
584     }
585
586     if (s->width != avctx->coded_width || s->height != avctx->coded_height){
587         ParseContext pc= s->parse_context; //FIXME move this demuxing hack to libavformat
588         s->parse_context.buffer=0;
589         MPV_common_end(s);
590         s->parse_context= pc;
591     }
592     if (!s->context_initialized) {
593         avcodec_set_dimensions(avctx, s->width, s->height);
594
595         goto retry;
596     }
597
598     // for skipping the frame
599     s->current_picture.f.pict_type = s->pict_type;
600     s->current_picture.f.key_frame = s->pict_type == AV_PICTURE_TYPE_I;
601
602     if(  (avctx->skip_frame >= AVDISCARD_NONREF && s->pict_type==AV_PICTURE_TYPE_B)
603        ||(avctx->skip_frame >= AVDISCARD_NONKEY && s->pict_type!=AV_PICTURE_TYPE_I)
604        || avctx->skip_frame >= AVDISCARD_ALL)
605         return get_consumed_bytes(s, buf_size);
606
607     if(MPV_frame_start(s, avctx) < 0)
608         return -1;
609
610     ff_er_frame_start(s);
611
612     /* decode each macroblock */
613     s->mb_x=0;
614     s->mb_y=0;
615
616     while(h->gob_number < (s->mb_height==18 ? 12 : 5)){
617         if(ff_h261_resync(h)<0)
618             break;
619         h261_decode_gob(h);
620     }
621     MPV_frame_end(s);
622
623 assert(s->current_picture.pict_type == s->current_picture_ptr->pict_type);
624 assert(s->current_picture.pict_type == s->pict_type);
625     *pict= *(AVFrame*)s->current_picture_ptr;
626     ff_print_debug_info(s, pict);
627
628     *data_size = sizeof(AVFrame);
629
630     return get_consumed_bytes(s, buf_size);
631 }
632
633 static av_cold int h261_decode_end(AVCodecContext *avctx)
634 {
635     H261Context *h= avctx->priv_data;
636     MpegEncContext *s = &h->s;
637
638     MPV_common_end(s);
639     return 0;
640 }
641
642 AVCodec ff_h261_decoder = {
643     .name           = "h261",
644     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
645     .id             = CODEC_ID_H261,
646     .priv_data_size = sizeof(H261Context),
647     .init           = h261_decode_init,
648     .close          = h261_decode_end,
649     .decode         = h261_decode_frame,
650     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
651     .max_lowres = 3,
652     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("H.261"),
653 };