Merge commit 'b063582e0c4f775a8ba377488bd085595e0e7fae'
[ffmpeg.git] / libavcodec / h264.h
1 /*
2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... encoder/decoder
3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
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 /**
23  * @file
24  * H.264 / AVC / MPEG4 part10 codec.
25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
26  */
27
28 #ifndef AVCODEC_H264_H
29 #define AVCODEC_H264_H
30
31 #include "libavutil/intreadwrite.h"
32 #include "cabac.h"
33 #include "error_resilience.h"
34 #include "get_bits.h"
35 #include "h264chroma.h"
36 #include "h264dsp.h"
37 #include "h264pred.h"
38 #include "h264qpel.h"
39 #include "internal.h" // for avpriv_find_start_code()
40 #include "mpegutils.h"
41 #include "parser.h"
42 #include "qpeldsp.h"
43 #include "rectangle.h"
44 #include "videodsp.h"
45
46 #define H264_MAX_PICTURE_COUNT 36
47 #define H264_MAX_THREADS       32
48
49 #define MAX_SPS_COUNT          32
50 #define MAX_PPS_COUNT         256
51
52 #define MAX_MMCO_COUNT         66
53
54 #define MAX_DELAYED_PIC_COUNT  16
55
56 #define MAX_MBPAIR_SIZE (256*1024) // a tighter bound could be calculated if someone cares about a few bytes
57
58 /* Compiling in interlaced support reduces the speed
59  * of progressive decoding by about 2%. */
60 #define ALLOW_INTERLACE
61
62 #define FMO 0
63
64 /**
65  * The maximum number of slices supported by the decoder.
66  * must be a power of 2
67  */
68 #define MAX_SLICES 32
69
70 #ifdef ALLOW_INTERLACE
71 #define MB_MBAFF(h)    (h)->mb_mbaff
72 #define MB_FIELD(h)    (h)->mb_field_decoding_flag
73 #define FRAME_MBAFF(h) (h)->mb_aff_frame
74 #define FIELD_PICTURE(h) ((h)->picture_structure != PICT_FRAME)
75 #define LEFT_MBS 2
76 #define LTOP     0
77 #define LBOT     1
78 #define LEFT(i)  (i)
79 #else
80 #define MB_MBAFF(h)      0
81 #define MB_FIELD(h)      0
82 #define FRAME_MBAFF(h)   0
83 #define FIELD_PICTURE(h) 0
84 #undef  IS_INTERLACED
85 #define IS_INTERLACED(mb_type) 0
86 #define LEFT_MBS 1
87 #define LTOP     0
88 #define LBOT     0
89 #define LEFT(i)  0
90 #endif
91 #define FIELD_OR_MBAFF_PICTURE(h) (FRAME_MBAFF(h) || FIELD_PICTURE(h))
92
93 #ifndef CABAC
94 #define CABAC(h) (h)->pps.cabac
95 #endif
96
97 #define CHROMA(h)    ((h)->sps.chroma_format_idc)
98 #define CHROMA422(h) ((h)->sps.chroma_format_idc == 2)
99 #define CHROMA444(h) ((h)->sps.chroma_format_idc == 3)
100
101 #define EXTENDED_SAR       255
102
103 #define MB_TYPE_REF0       MB_TYPE_ACPRED // dirty but it fits in 16 bit
104 #define MB_TYPE_8x8DCT     0x01000000
105 #define IS_REF0(a)         ((a) & MB_TYPE_REF0)
106 #define IS_8x8DCT(a)       ((a) & MB_TYPE_8x8DCT)
107
108 #define QP_MAX_NUM (51 + 6*6)           // The maximum supported qp
109
110 /* NAL unit types */
111 enum {
112     NAL_SLICE           = 1,
113     NAL_DPA             = 2,
114     NAL_DPB             = 3,
115     NAL_DPC             = 4,
116     NAL_IDR_SLICE       = 5,
117     NAL_SEI             = 6,
118     NAL_SPS             = 7,
119     NAL_PPS             = 8,
120     NAL_AUD             = 9,
121     NAL_END_SEQUENCE    = 10,
122     NAL_END_STREAM      = 11,
123     NAL_FILLER_DATA     = 12,
124     NAL_SPS_EXT         = 13,
125     NAL_AUXILIARY_SLICE = 19,
126     NAL_FF_IGNORE       = 0xff0f001,
127 };
128
129 /**
130  * SEI message types
131  */
132 typedef enum {
133     SEI_TYPE_BUFFERING_PERIOD       = 0,   ///< buffering period (H.264, D.1.1)
134     SEI_TYPE_PIC_TIMING             = 1,   ///< picture timing
135     SEI_TYPE_USER_DATA_ITU_T_T35    = 4,   ///< user data registered by ITU-T Recommendation T.35
136     SEI_TYPE_USER_DATA_UNREGISTERED = 5,   ///< unregistered user data
137     SEI_TYPE_RECOVERY_POINT         = 6,   ///< recovery point (frame # to decoder sync)
138     SEI_TYPE_FRAME_PACKING          = 45,  ///< frame packing arrangement
139     SEI_TYPE_DISPLAY_ORIENTATION    = 47,  ///< display orientation
140 } SEI_Type;
141
142 /**
143  * pic_struct in picture timing SEI message
144  */
145 typedef enum {
146     SEI_PIC_STRUCT_FRAME             = 0, ///<  0: %frame
147     SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD         = 1, ///<  1: top field
148     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD      = 2, ///<  2: bottom field
149     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM        = 3, ///<  3: top field, bottom field, in that order
150     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP        = 4, ///<  4: bottom field, top field, in that order
151     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP    = 5, ///<  5: top field, bottom field, top field repeated, in that order
152     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM = 6, ///<  6: bottom field, top field, bottom field repeated, in that order
153     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING    = 7, ///<  7: %frame doubling
154     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING    = 8  ///<  8: %frame tripling
155 } SEI_PicStructType;
156
157 /**
158  * frame_packing_arrangement types
159  */
160 typedef enum {
161     SEI_FPA_TYPE_CHECKERBOARD        = 0,
162     SEI_FPA_TYPE_INTERLEAVE_COLUMN   = 1,
163     SEI_FPA_TYPE_INTERLEAVE_ROW      = 2,
164     SEI_FPA_TYPE_SIDE_BY_SIDE        = 3,
165     SEI_FPA_TYPE_TOP_BOTTOM          = 4,
166     SEI_FPA_TYPE_INTERLEAVE_TEMPORAL = 5,
167     SEI_FPA_TYPE_2D                  = 6,
168 } SEI_FpaType;
169
170 /**
171  * Sequence parameter set
172  */
173 typedef struct SPS {
174     unsigned int sps_id;
175     int profile_idc;
176     int level_idc;
177     int chroma_format_idc;
178     int transform_bypass;              ///< qpprime_y_zero_transform_bypass_flag
179     int log2_max_frame_num;            ///< log2_max_frame_num_minus4 + 4
180     int poc_type;                      ///< pic_order_cnt_type
181     int log2_max_poc_lsb;              ///< log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4
182     int delta_pic_order_always_zero_flag;
183     int offset_for_non_ref_pic;
184     int offset_for_top_to_bottom_field;
185     int poc_cycle_length;              ///< num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle
186     int ref_frame_count;               ///< num_ref_frames
187     int gaps_in_frame_num_allowed_flag;
188     int mb_width;                      ///< pic_width_in_mbs_minus1 + 1
189     int mb_height;                     ///< pic_height_in_map_units_minus1 + 1
190     int frame_mbs_only_flag;
191     int mb_aff;                        ///< mb_adaptive_frame_field_flag
192     int direct_8x8_inference_flag;
193     int crop;                          ///< frame_cropping_flag
194
195     /* those 4 are already in luma samples */
196     unsigned int crop_left;            ///< frame_cropping_rect_left_offset
197     unsigned int crop_right;           ///< frame_cropping_rect_right_offset
198     unsigned int crop_top;             ///< frame_cropping_rect_top_offset
199     unsigned int crop_bottom;          ///< frame_cropping_rect_bottom_offset
200     int vui_parameters_present_flag;
201     AVRational sar;
202     int video_signal_type_present_flag;
203     int full_range;
204     int colour_description_present_flag;
205     enum AVColorPrimaries color_primaries;
206     enum AVColorTransferCharacteristic color_trc;
207     enum AVColorSpace colorspace;
208     int timing_info_present_flag;
209     uint32_t num_units_in_tick;
210     uint32_t time_scale;
211     int fixed_frame_rate_flag;
212     short offset_for_ref_frame[256]; // FIXME dyn aloc?
213     int bitstream_restriction_flag;
214     int num_reorder_frames;
215     int scaling_matrix_present;
216     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
217     uint8_t scaling_matrix8[6][64];
218     int nal_hrd_parameters_present_flag;
219     int vcl_hrd_parameters_present_flag;
220     int pic_struct_present_flag;
221     int time_offset_length;
222     int cpb_cnt;                          ///< See H.264 E.1.2
223     int initial_cpb_removal_delay_length; ///< initial_cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
224     int cpb_removal_delay_length;         ///< cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
225     int dpb_output_delay_length;          ///< dpb_output_delay_length_minus1 + 1
226     int bit_depth_luma;                   ///< bit_depth_luma_minus8 + 8
227     int bit_depth_chroma;                 ///< bit_depth_chroma_minus8 + 8
228     int residual_color_transform_flag;    ///< residual_colour_transform_flag
229     int constraint_set_flags;             ///< constraint_set[0-3]_flag
230     int new;                              ///< flag to keep track if the decoder context needs re-init due to changed SPS
231 } SPS;
232
233 /**
234  * Picture parameter set
235  */
236 typedef struct PPS {
237     unsigned int sps_id;
238     int cabac;                  ///< entropy_coding_mode_flag
239     int pic_order_present;      ///< pic_order_present_flag
240     int slice_group_count;      ///< num_slice_groups_minus1 + 1
241     int mb_slice_group_map_type;
242     unsigned int ref_count[2];  ///< num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
243     int weighted_pred;          ///< weighted_pred_flag
244     int weighted_bipred_idc;
245     int init_qp;                ///< pic_init_qp_minus26 + 26
246     int init_qs;                ///< pic_init_qs_minus26 + 26
247     int chroma_qp_index_offset[2];
248     int deblocking_filter_parameters_present; ///< deblocking_filter_parameters_present_flag
249     int constrained_intra_pred;     ///< constrained_intra_pred_flag
250     int redundant_pic_cnt_present;  ///< redundant_pic_cnt_present_flag
251     int transform_8x8_mode;         ///< transform_8x8_mode_flag
252     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
253     uint8_t scaling_matrix8[6][64];
254     uint8_t chroma_qp_table[2][QP_MAX_NUM+1];  ///< pre-scaled (with chroma_qp_index_offset) version of qp_table
255     int chroma_qp_diff;
256 } PPS;
257
258 /**
259  * Frame Packing Arrangement Type
260  */
261 typedef struct FPA {
262     int         frame_packing_arrangement_id;
263     int         frame_packing_arrangement_cancel_flag; ///< is previous arrangement canceled, -1 if never received
264     SEI_FpaType frame_packing_arrangement_type;
265     int         frame_packing_arrangement_repetition_period;
266     int         content_interpretation_type;
267     int         quincunx_sampling_flag;
268 } FPA;
269
270 /**
271  * Memory management control operation opcode.
272  */
273 typedef enum MMCOOpcode {
274     MMCO_END = 0,
275     MMCO_SHORT2UNUSED,
276     MMCO_LONG2UNUSED,
277     MMCO_SHORT2LONG,
278     MMCO_SET_MAX_LONG,
279     MMCO_RESET,
280     MMCO_LONG,
281 } MMCOOpcode;
282
283 /**
284  * Memory management control operation.
285  */
286 typedef struct MMCO {
287     MMCOOpcode opcode;
288     int short_pic_num;  ///< pic_num without wrapping (pic_num & max_pic_num)
289     int long_arg;       ///< index, pic_num, or num long refs depending on opcode
290 } MMCO;
291
292 typedef struct H264Picture {
293     struct AVFrame f;
294     uint8_t avframe_padding[1024]; // hack to allow linking to a avutil with larger AVFrame
295     ThreadFrame tf;
296
297     AVBufferRef *qscale_table_buf;
298     int8_t *qscale_table;
299
300     AVBufferRef *motion_val_buf[2];
301     int16_t (*motion_val[2])[2];
302
303     AVBufferRef *mb_type_buf;
304     uint32_t *mb_type;
305
306     AVBufferRef *hwaccel_priv_buf;
307     void *hwaccel_picture_private; ///< hardware accelerator private data
308
309     AVBufferRef *ref_index_buf[2];
310     int8_t *ref_index[2];
311
312     int field_poc[2];       ///< top/bottom POC
313     int poc;                ///< frame POC
314     int frame_num;          ///< frame_num (raw frame_num from slice header)
315     int mmco_reset;         /**< MMCO_RESET set this 1. Reordering code must
316                                  not mix pictures before and after MMCO_RESET. */
317     int pic_id;             /**< pic_num (short -> no wrap version of pic_num,
318                                  pic_num & max_pic_num; long -> long_pic_num) */
319     int long_ref;           ///< 1->long term reference 0->short term reference
320     int ref_poc[2][2][32];  ///< POCs of the frames/fields used as reference (FIXME need per slice)
321     int ref_count[2][2];    ///< number of entries in ref_poc         (FIXME need per slice)
322     int mbaff;              ///< 1 -> MBAFF frame 0-> not MBAFF
323     int field_picture;      ///< whether or not picture was encoded in separate fields
324
325     int needs_realloc;      ///< picture needs to be reallocated (eg due to a frame size change)
326     int reference;
327     int recovered;          ///< picture at IDR or recovery point + recovery count
328     int invalid_gap;
329     int sei_recovery_frame_cnt;
330
331     int crop;
332     int crop_left;
333     int crop_top;
334 } H264Picture;
335
336 typedef struct H264SliceContext {
337     struct H264Context *h264;
338
339     int slice_num;
340     int slice_type;
341     int slice_type_nos;         ///< S free slice type (SI/SP are remapped to I/P)
342     int slice_type_fixed;
343
344     int qscale;
345     int chroma_qp[2];   // QPc
346     int qp_thresh;      ///< QP threshold to skip loopfilter
347
348     // Weighted pred stuff
349     int use_weight;
350     int use_weight_chroma;
351     int luma_log2_weight_denom;
352     int chroma_log2_weight_denom;
353     int luma_weight_flag[2];    ///< 7.4.3.2 luma_weight_lX_flag
354     int chroma_weight_flag[2];  ///< 7.4.3.2 chroma_weight_lX_flag
355     // The following 2 can be changed to int8_t but that causes 10cpu cycles speedloss
356     int luma_weight[48][2][2];
357     int chroma_weight[48][2][2][2];
358     int implicit_weight[48][48][2];
359
360     int prev_mb_skipped;
361     int next_mb_skipped;
362
363     int chroma_pred_mode;
364     int intra16x16_pred_mode;
365
366     int8_t intra4x4_pred_mode_cache[5 * 8];
367     int8_t(*intra4x4_pred_mode);
368
369     int topleft_mb_xy;
370     int top_mb_xy;
371     int topright_mb_xy;
372     int left_mb_xy[LEFT_MBS];
373
374     int topleft_type;
375     int top_type;
376     int topright_type;
377     int left_type[LEFT_MBS];
378
379     const uint8_t *left_block;
380     int topleft_partition;
381
382     unsigned int topleft_samples_available;
383     unsigned int top_samples_available;
384     unsigned int topright_samples_available;
385     unsigned int left_samples_available;
386
387     ptrdiff_t mb_linesize;  ///< may be equal to s->linesize or s->linesize * 2, for mbaff
388     ptrdiff_t mb_uvlinesize;
389
390     /**
391      * number of neighbors (top and/or left) that used 8x8 dct
392      */
393     int neighbor_transform_size;
394
395     int direct_spatial_mv_pred;
396     int col_parity;
397     int col_fieldoff;
398
399     int dist_scale_factor[32];
400     int dist_scale_factor_field[2][32];
401     int map_col_to_list0[2][16 + 32];
402     int map_col_to_list0_field[2][2][16 + 32];
403
404     /**
405      * num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
406      */
407     unsigned int ref_count[2];          ///< counts frames or fields, depending on current mb mode
408     unsigned int list_count;
409     H264Picture ref_list[2][48];        /**< 0..15: frame refs, 16..47: mbaff field refs.
410                                          *   Reordered version of default_ref_list
411                                          *   according to picture reordering in slice header */
412     int ref2frm[MAX_SLICES][2][64];     ///< reference to frame number lists, used in the loop filter, the first 2 are for -2,-1
413
414     const uint8_t *intra_pcm_ptr;
415
416     /**
417      * non zero coeff count cache.
418      * is 64 if not available.
419      */
420     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, non_zero_count_cache)[15 * 8];
421
422     /**
423      * Motion vector cache.
424      */
425     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mv_cache)[2][5 * 8][2];
426     DECLARE_ALIGNED(8,  int8_t, ref_cache)[2][5 * 8];
427
428     DECLARE_ALIGNED(8, uint16_t, sub_mb_type)[4];
429 } H264SliceContext;
430
431 /**
432  * H264Context
433  */
434 typedef struct H264Context {
435     AVClass *av_class;
436     AVCodecContext *avctx;
437     VideoDSPContext vdsp;
438     H264DSPContext h264dsp;
439     H264ChromaContext h264chroma;
440     H264QpelContext h264qpel;
441     GetBitContext gb;
442     ERContext er;
443
444     H264Picture *DPB;
445     H264Picture *cur_pic_ptr;
446     H264Picture cur_pic;
447     H264Picture last_pic_for_ec;
448
449     H264SliceContext *slice_ctx;
450     int            nb_slice_ctx;
451
452     int pixel_shift;    ///< 0 for 8-bit H264, 1 for high-bit-depth H264
453
454     /* coded dimensions -- 16 * mb w/h */
455     int width, height;
456     ptrdiff_t linesize, uvlinesize;
457     int chroma_x_shift, chroma_y_shift;
458
459     int droppable;
460     int coded_picture_number;
461     int low_delay;
462
463     int context_initialized;
464     int flags;
465     int workaround_bugs;
466
467     int8_t(*intra4x4_pred_mode);
468     H264PredContext hpc;
469     uint8_t (*top_borders[2])[(16 * 3) * 2];
470
471     uint8_t (*non_zero_count)[48];
472
473 #define LIST_NOT_USED -1 // FIXME rename?
474 #define PART_NOT_AVAILABLE -2
475
476     /**
477      * block_offset[ 0..23] for frame macroblocks
478      * block_offset[24..47] for field macroblocks
479      */
480     int block_offset[2 * (16 * 3)];
481
482     uint32_t *mb2b_xy;  // FIXME are these 4 a good idea?
483     uint32_t *mb2br_xy;
484     int b_stride;       // FIXME use s->b4_stride
485
486
487     unsigned current_sps_id; ///< id of the current SPS
488     SPS sps; ///< current sps
489     PPS pps; ///< current pps
490
491     int au_pps_id; ///< pps_id of current access unit
492
493     uint32_t dequant4_buffer[6][QP_MAX_NUM + 1][16]; // FIXME should these be moved down?
494     uint32_t dequant8_buffer[6][QP_MAX_NUM + 1][64];
495     uint32_t(*dequant4_coeff[6])[16];
496     uint32_t(*dequant8_coeff[6])[64];
497
498     uint16_t *slice_table;      ///< slice_table_base + 2*mb_stride + 1
499
500     // interlacing specific flags
501     int mb_aff_frame;
502     int mb_field_decoding_flag;
503     int mb_mbaff;               ///< mb_aff_frame && mb_field_decoding_flag
504     int picture_structure;
505     int first_field;
506
507     uint8_t *list_counts;               ///< Array of list_count per MB specifying the slice type
508
509     // data partitioning
510     GetBitContext intra_gb;
511     GetBitContext inter_gb;
512     GetBitContext *intra_gb_ptr;
513     GetBitContext *inter_gb_ptr;
514
515     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mb)[16 * 48 * 2]; ///< as a dct coefficient is int32_t in high depth, we need to reserve twice the space.
516     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mb_luma_dc)[3][16 * 2];
517     int16_t mb_padding[256 * 2];        ///< as mb is addressed by scantable[i] and scantable is uint8_t we can either check that i is not too large or ensure that there is some unused stuff after mb
518
519     /**
520      * Cabac
521      */
522     CABACContext cabac;
523     uint8_t cabac_state[1024];
524
525     /* 0x100 -> non null luma_dc, 0x80/0x40 -> non null chroma_dc (cb/cr), 0x?0 -> chroma_cbp(0, 1, 2), 0x0? luma_cbp */
526     uint16_t *cbp_table;
527     int cbp;
528     int top_cbp;
529     int left_cbp;
530     /* chroma_pred_mode for i4x4 or i16x16, else 0 */
531     uint8_t *chroma_pred_mode_table;
532     int last_qscale_diff;
533     uint8_t (*mvd_table[2])[2];
534     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, mvd_cache)[2][5 * 8][2];
535     uint8_t *direct_table;
536     uint8_t direct_cache[5 * 8];
537
538     uint8_t zigzag_scan[16];
539     uint8_t zigzag_scan8x8[64];
540     uint8_t zigzag_scan8x8_cavlc[64];
541     uint8_t field_scan[16];
542     uint8_t field_scan8x8[64];
543     uint8_t field_scan8x8_cavlc[64];
544     uint8_t zigzag_scan_q0[16];
545     uint8_t zigzag_scan8x8_q0[64];
546     uint8_t zigzag_scan8x8_cavlc_q0[64];
547     uint8_t field_scan_q0[16];
548     uint8_t field_scan8x8_q0[64];
549     uint8_t field_scan8x8_cavlc_q0[64];
550
551     int x264_build;
552
553     int mb_x, mb_y;
554     int resync_mb_x;
555     int resync_mb_y;
556     int mb_skip_run;
557     int mb_height, mb_width;
558     int mb_stride;
559     int mb_num;
560     int mb_xy;
561
562     int is_complex;
563
564     // deblock
565     int deblocking_filter;          ///< disable_deblocking_filter_idc with 1 <-> 0
566     int slice_alpha_c0_offset;
567     int slice_beta_offset;
568
569     // =============================================================
570     // Things below are not used in the MB or more inner code
571
572     int nal_ref_idc;
573     int nal_unit_type;
574     uint8_t *rbsp_buffer[2];
575     unsigned int rbsp_buffer_size[2];
576
577     /**
578      * Used to parse AVC variant of h264
579      */
580     int is_avc;           ///< this flag is != 0 if codec is avc1
581     int nal_length_size;  ///< Number of bytes used for nal length (1, 2 or 4)
582
583     int bit_depth_luma;         ///< luma bit depth from sps to detect changes
584     int chroma_format_idc;      ///< chroma format from sps to detect changes
585
586     SPS *sps_buffers[MAX_SPS_COUNT];
587     PPS *pps_buffers[MAX_PPS_COUNT];
588
589     int dequant_coeff_pps;      ///< reinit tables when pps changes
590
591     uint16_t *slice_table_base;
592
593     // POC stuff
594     int poc_lsb;
595     int poc_msb;
596     int delta_poc_bottom;
597     int delta_poc[2];
598     int frame_num;
599     int prev_poc_msb;           ///< poc_msb of the last reference pic for POC type 0
600     int prev_poc_lsb;           ///< poc_lsb of the last reference pic for POC type 0
601     int frame_num_offset;       ///< for POC type 2
602     int prev_frame_num_offset;  ///< for POC type 2
603     int prev_frame_num;         ///< frame_num of the last pic for POC type 1/2
604
605     /**
606      * frame_num for frames or 2 * frame_num + 1 for field pics.
607      */
608     int curr_pic_num;
609
610     /**
611      * max_frame_num or 2 * max_frame_num for field pics.
612      */
613     int max_pic_num;
614
615     int redundant_pic_count;
616
617     H264Picture default_ref_list[2][32]; ///< base reference list for all slices of a coded picture
618     H264Picture *short_ref[32];
619     H264Picture *long_ref[32];
620     H264Picture *delayed_pic[MAX_DELAYED_PIC_COUNT + 2]; // FIXME size?
621     int last_pocs[MAX_DELAYED_PIC_COUNT];
622     H264Picture *next_output_pic;
623     int outputed_poc;
624     int next_outputed_poc;
625
626     /**
627      * memory management control operations buffer.
628      */
629     MMCO mmco[MAX_MMCO_COUNT];
630     int mmco_index;
631     int mmco_reset;
632
633     int long_ref_count;     ///< number of actual long term references
634     int short_ref_count;    ///< number of actual short term references
635
636     int cabac_init_idc;
637
638     /**
639      * @name Members for slice based multithreading
640      * @{
641      */
642     struct H264Context *thread_context[H264_MAX_THREADS];
643
644     /**
645      * current slice number, used to initialize slice_num of each thread/context
646      */
647     int current_slice;
648
649     /**
650      * Max number of threads / contexts.
651      * This is equal to AVCodecContext.thread_count unless
652      * multithreaded decoding is impossible, in which case it is
653      * reduced to 1.
654      */
655     int max_contexts;
656
657     int slice_context_count;
658
659     /**
660      *  1 if the single thread fallback warning has already been
661      *  displayed, 0 otherwise.
662      */
663     int single_decode_warning;
664
665     enum AVPictureType pict_type;
666
667     int last_slice_type;
668     unsigned int last_ref_count[2];
669     /** @} */
670
671     /**
672      * pic_struct in picture timing SEI message
673      */
674     SEI_PicStructType sei_pic_struct;
675
676     /**
677      * Complement sei_pic_struct
678      * SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM and SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP indicate interlaced frames.
679      * However, soft telecined frames may have these values.
680      * This is used in an attempt to flag soft telecine progressive.
681      */
682     int prev_interlaced_frame;
683
684     /**
685      * frame_packing_arrangment SEI message
686      */
687     int sei_frame_packing_present;
688     int frame_packing_arrangement_type;
689     int content_interpretation_type;
690     int quincunx_subsampling;
691
692     /**
693      * display orientation SEI message
694      */
695     int sei_display_orientation_present;
696     int sei_anticlockwise_rotation;
697     int sei_hflip, sei_vflip;
698
699     /**
700      * Bit set of clock types for fields/frames in picture timing SEI message.
701      * For each found ct_type, appropriate bit is set (e.g., bit 1 for
702      * interlaced).
703      */
704     int sei_ct_type;
705
706     /**
707      * dpb_output_delay in picture timing SEI message, see H.264 C.2.2
708      */
709     int sei_dpb_output_delay;
710
711     /**
712      * cpb_removal_delay in picture timing SEI message, see H.264 C.1.2
713      */
714     int sei_cpb_removal_delay;
715
716     /**
717      * recovery_frame_cnt from SEI message
718      *
719      * Set to -1 if no recovery point SEI message found or to number of frames
720      * before playback synchronizes. Frames having recovery point are key
721      * frames.
722      */
723     int sei_recovery_frame_cnt;
724
725     /**
726      * Are the SEI recovery points looking valid.
727      */
728     int valid_recovery_point;
729
730     FPA sei_fpa;
731
732     /**
733      * recovery_frame is the frame_num at which the next frame should
734      * be fully constructed.
735      *
736      * Set to -1 when not expecting a recovery point.
737      */
738     int recovery_frame;
739
740 /**
741  * We have seen an IDR, so all the following frames in coded order are correctly
742  * decodable.
743  */
744 #define FRAME_RECOVERED_IDR  (1 << 0)
745 /**
746  * Sufficient number of frames have been decoded since a SEI recovery point,
747  * so all the following frames in presentation order are correct.
748  */
749 #define FRAME_RECOVERED_SEI  (1 << 1)
750
751     int frame_recovered;    ///< Initial frame has been completely recovered
752
753     int has_recovery_point;
754
755     int missing_fields;
756
757
758     // Timestamp stuff
759     int sei_buffering_period_present;   ///< Buffering period SEI flag
760     int initial_cpb_removal_delay[32];  ///< Initial timestamps for CPBs
761
762     int cur_chroma_format_idc;
763     uint8_t *bipred_scratchpad;
764
765     int16_t slice_row[MAX_SLICES]; ///< to detect when MAX_SLICES is too low
766
767     uint8_t parse_history[6];
768     int parse_history_count;
769     int parse_last_mb;
770     uint8_t *edge_emu_buffer;
771     int16_t *dc_val_base;
772
773     AVBufferPool *qscale_table_pool;
774     AVBufferPool *mb_type_pool;
775     AVBufferPool *motion_val_pool;
776     AVBufferPool *ref_index_pool;
777
778     /* Motion Estimation */
779     qpel_mc_func (*qpel_put)[16];
780     qpel_mc_func (*qpel_avg)[16];
781 } H264Context;
782
783 extern const uint8_t ff_h264_chroma_qp[7][QP_MAX_NUM + 1]; ///< One chroma qp table for each possible bit depth (8-14).
784 extern const uint16_t ff_h264_mb_sizes[4];
785
786 /**
787  * Decode SEI
788  */
789 int ff_h264_decode_sei(H264Context *h);
790
791 /**
792  * Decode SPS
793  */
794 int ff_h264_decode_seq_parameter_set(H264Context *h);
795
796 /**
797  * compute profile from sps
798  */
799 int ff_h264_get_profile(SPS *sps);
800
801 /**
802  * Decode PPS
803  */
804 int ff_h264_decode_picture_parameter_set(H264Context *h, int bit_length);
805
806 /**
807  * Decode a network abstraction layer unit.
808  * @param consumed is the number of bytes used as input
809  * @param length is the length of the array
810  * @param dst_length is the number of decoded bytes FIXME here
811  *                   or a decode rbsp tailing?
812  * @return decoded bytes, might be src+1 if no escapes
813  */
814 const uint8_t *ff_h264_decode_nal(H264Context *h, const uint8_t *src,
815                                   int *dst_length, int *consumed, int length);
816
817 /**
818  * Free any data that may have been allocated in the H264 context
819  * like SPS, PPS etc.
820  */
821 void ff_h264_free_context(H264Context *h);
822
823 /**
824  * Reconstruct bitstream slice_type.
825  */
826 int ff_h264_get_slice_type(const H264SliceContext *sl);
827
828 /**
829  * Allocate tables.
830  * needs width/height
831  */
832 int ff_h264_alloc_tables(H264Context *h);
833
834 /**
835  * Fill the default_ref_list.
836  */
837 int ff_h264_fill_default_ref_list(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
838
839 int ff_h264_decode_ref_pic_list_reordering(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
840 void ff_h264_fill_mbaff_ref_list(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
841 void ff_h264_remove_all_refs(H264Context *h);
842
843 /**
844  * Execute the reference picture marking (memory management control operations).
845  */
846 int ff_h264_execute_ref_pic_marking(H264Context *h, MMCO *mmco, int mmco_count);
847
848 int ff_h264_decode_ref_pic_marking(H264Context *h, GetBitContext *gb,
849                                    int first_slice);
850
851 int ff_generate_sliding_window_mmcos(H264Context *h, int first_slice);
852
853 /**
854  * Check if the top & left blocks are available if needed & change the
855  * dc mode so it only uses the available blocks.
856  */
857 int ff_h264_check_intra4x4_pred_mode(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
858
859 /**
860  * Check if the top & left blocks are available if needed & change the
861  * dc mode so it only uses the available blocks.
862  */
863 int ff_h264_check_intra_pred_mode(H264Context *h, H264SliceContext *sl,
864                                   int mode, int is_chroma);
865
866 void ff_h264_hl_decode_mb(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
867 int ff_h264_decode_extradata(H264Context *h, const uint8_t *buf, int size);
868 int ff_h264_decode_init(AVCodecContext *avctx);
869 void ff_h264_decode_init_vlc(void);
870
871 /**
872  * Decode a macroblock
873  * @return 0 if OK, ER_AC_ERROR / ER_DC_ERROR / ER_MV_ERROR on error
874  */
875 int ff_h264_decode_mb_cavlc(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
876
877 /**
878  * Decode a CABAC coded macroblock
879  * @return 0 if OK, ER_AC_ERROR / ER_DC_ERROR / ER_MV_ERROR on error
880  */
881 int ff_h264_decode_mb_cabac(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
882
883 void ff_h264_init_cabac_states(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
884
885 void ff_h264_init_dequant_tables(H264Context *h);
886
887 void ff_h264_direct_dist_scale_factor(H264Context *const h, H264SliceContext *sl);
888 void ff_h264_direct_ref_list_init(H264Context *const h, H264SliceContext *sl);
889 void ff_h264_pred_direct_motion(H264Context *const h, H264SliceContext *sl,
890                                 int *mb_type);
891
892 void ff_h264_filter_mb_fast(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int mb_x, int mb_y,
893                             uint8_t *img_y, uint8_t *img_cb, uint8_t *img_cr,
894                             unsigned int linesize, unsigned int uvlinesize);
895 void ff_h264_filter_mb(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int mb_x, int mb_y,
896                        uint8_t *img_y, uint8_t *img_cb, uint8_t *img_cr,
897                        unsigned int linesize, unsigned int uvlinesize);
898
899 /**
900  * Reset SEI values at the beginning of the frame.
901  *
902  * @param h H.264 context.
903  */
904 void ff_h264_reset_sei(H264Context *h);
905
906 /**
907  * Get stereo_mode string from the h264 frame_packing_arrangement
908  * @param h H.264 context.
909  */
910 const char* ff_h264_sei_stereo_mode(H264Context *h);
911
912 #define COPY_PICTURE(dst, src) \
913 do {\
914     *(dst) = *(src);\
915     (dst)->f.extended_data = (dst)->f.data;\
916     (dst)->tf.f = &(dst)->f;\
917 } while (0)
918
919 /*
920  * o-o o-o
921  *  / / /
922  * o-o o-o
923  *  ,---'
924  * o-o o-o
925  *  / / /
926  * o-o o-o
927  */
928
929 /* Scan8 organization:
930  *    0 1 2 3 4 5 6 7
931  * 0  DY    y y y y y
932  * 1        y Y Y Y Y
933  * 2        y Y Y Y Y
934  * 3        y Y Y Y Y
935  * 4        y Y Y Y Y
936  * 5  DU    u u u u u
937  * 6        u U U U U
938  * 7        u U U U U
939  * 8        u U U U U
940  * 9        u U U U U
941  * 10 DV    v v v v v
942  * 11       v V V V V
943  * 12       v V V V V
944  * 13       v V V V V
945  * 14       v V V V V
946  * DY/DU/DV are for luma/chroma DC.
947  */
948
949 #define LUMA_DC_BLOCK_INDEX   48
950 #define CHROMA_DC_BLOCK_INDEX 49
951
952 // This table must be here because scan8[constant] must be known at compiletime
953 static const uint8_t scan8[16 * 3 + 3] = {
954     4 +  1 * 8, 5 +  1 * 8, 4 +  2 * 8, 5 +  2 * 8,
955     6 +  1 * 8, 7 +  1 * 8, 6 +  2 * 8, 7 +  2 * 8,
956     4 +  3 * 8, 5 +  3 * 8, 4 +  4 * 8, 5 +  4 * 8,
957     6 +  3 * 8, 7 +  3 * 8, 6 +  4 * 8, 7 +  4 * 8,
958     4 +  6 * 8, 5 +  6 * 8, 4 +  7 * 8, 5 +  7 * 8,
959     6 +  6 * 8, 7 +  6 * 8, 6 +  7 * 8, 7 +  7 * 8,
960     4 +  8 * 8, 5 +  8 * 8, 4 +  9 * 8, 5 +  9 * 8,
961     6 +  8 * 8, 7 +  8 * 8, 6 +  9 * 8, 7 +  9 * 8,
962     4 + 11 * 8, 5 + 11 * 8, 4 + 12 * 8, 5 + 12 * 8,
963     6 + 11 * 8, 7 + 11 * 8, 6 + 12 * 8, 7 + 12 * 8,
964     4 + 13 * 8, 5 + 13 * 8, 4 + 14 * 8, 5 + 14 * 8,
965     6 + 13 * 8, 7 + 13 * 8, 6 + 14 * 8, 7 + 14 * 8,
966     0 +  0 * 8, 0 +  5 * 8, 0 + 10 * 8
967 };
968
969 static av_always_inline uint32_t pack16to32(unsigned a, unsigned b)
970 {
971 #if HAVE_BIGENDIAN
972     return (b & 0xFFFF) + (a << 16);
973 #else
974     return (a & 0xFFFF) + (b << 16);
975 #endif
976 }
977
978 static av_always_inline uint16_t pack8to16(unsigned a, unsigned b)
979 {
980 #if HAVE_BIGENDIAN
981     return (b & 0xFF) + (a << 8);
982 #else
983     return (a & 0xFF) + (b << 8);
984 #endif
985 }
986
987 /**
988  * Get the chroma qp.
989  */
990 static av_always_inline int get_chroma_qp(H264Context *h, int t, int qscale)
991 {
992     return h->pps.chroma_qp_table[t][qscale];
993 }
994
995 /**
996  * Get the predicted intra4x4 prediction mode.
997  */
998 static av_always_inline int pred_intra_mode(H264Context *h,
999                                             H264SliceContext *sl, int n)
1000 {
1001     const int index8 = scan8[n];
1002     const int left   = sl->intra4x4_pred_mode_cache[index8 - 1];
1003     const int top    = sl->intra4x4_pred_mode_cache[index8 - 8];
1004     const int min    = FFMIN(left, top);
1005
1006     tprintf(h->avctx, "mode:%d %d min:%d\n", left, top, min);
1007
1008     if (min < 0)
1009         return DC_PRED;
1010     else
1011         return min;
1012 }
1013
1014 static av_always_inline void write_back_intra_pred_mode(H264Context *h,
1015                                                         H264SliceContext *sl)
1016 {
1017     int8_t *i4x4       = sl->intra4x4_pred_mode + h->mb2br_xy[h->mb_xy];
1018     int8_t *i4x4_cache = sl->intra4x4_pred_mode_cache;
1019
1020     AV_COPY32(i4x4, i4x4_cache + 4 + 8 * 4);
1021     i4x4[4] = i4x4_cache[7 + 8 * 3];
1022     i4x4[5] = i4x4_cache[7 + 8 * 2];
1023     i4x4[6] = i4x4_cache[7 + 8 * 1];
1024 }
1025
1026 static av_always_inline void write_back_non_zero_count(H264Context *h,
1027                                                        H264SliceContext *sl)
1028 {
1029     const int mb_xy    = h->mb_xy;
1030     uint8_t *nnz       = h->non_zero_count[mb_xy];
1031     uint8_t *nnz_cache = sl->non_zero_count_cache;
1032
1033     AV_COPY32(&nnz[ 0], &nnz_cache[4 + 8 * 1]);
1034     AV_COPY32(&nnz[ 4], &nnz_cache[4 + 8 * 2]);
1035     AV_COPY32(&nnz[ 8], &nnz_cache[4 + 8 * 3]);
1036     AV_COPY32(&nnz[12], &nnz_cache[4 + 8 * 4]);
1037     AV_COPY32(&nnz[16], &nnz_cache[4 + 8 * 6]);
1038     AV_COPY32(&nnz[20], &nnz_cache[4 + 8 * 7]);
1039     AV_COPY32(&nnz[32], &nnz_cache[4 + 8 * 11]);
1040     AV_COPY32(&nnz[36], &nnz_cache[4 + 8 * 12]);
1041
1042     if (!h->chroma_y_shift) {
1043         AV_COPY32(&nnz[24], &nnz_cache[4 + 8 * 8]);
1044         AV_COPY32(&nnz[28], &nnz_cache[4 + 8 * 9]);
1045         AV_COPY32(&nnz[40], &nnz_cache[4 + 8 * 13]);
1046         AV_COPY32(&nnz[44], &nnz_cache[4 + 8 * 14]);
1047     }
1048 }
1049
1050 static av_always_inline void write_back_motion_list(H264Context *h,
1051                                                     H264SliceContext *sl,
1052                                                     int b_stride,
1053                                                     int b_xy, int b8_xy,
1054                                                     int mb_type, int list)
1055 {
1056     int16_t(*mv_dst)[2] = &h->cur_pic.motion_val[list][b_xy];
1057     int16_t(*mv_src)[2] = &sl->mv_cache[list][scan8[0]];
1058     AV_COPY128(mv_dst + 0 * b_stride, mv_src + 8 * 0);
1059     AV_COPY128(mv_dst + 1 * b_stride, mv_src + 8 * 1);
1060     AV_COPY128(mv_dst + 2 * b_stride, mv_src + 8 * 2);
1061     AV_COPY128(mv_dst + 3 * b_stride, mv_src + 8 * 3);
1062     if (CABAC(h)) {
1063         uint8_t (*mvd_dst)[2] = &h->mvd_table[list][FMO ? 8 * h->mb_xy
1064                                                         : h->mb2br_xy[h->mb_xy]];
1065         uint8_t(*mvd_src)[2]  = &h->mvd_cache[list][scan8[0]];
1066         if (IS_SKIP(mb_type)) {
1067             AV_ZERO128(mvd_dst);
1068         } else {
1069             AV_COPY64(mvd_dst, mvd_src + 8 * 3);
1070             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 3, mvd_src + 3 + 8 * 0);
1071             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 2, mvd_src + 3 + 8 * 1);
1072             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 1, mvd_src + 3 + 8 * 2);
1073         }
1074     }
1075
1076     {
1077         int8_t *ref_index = &h->cur_pic.ref_index[list][b8_xy];
1078         int8_t *ref_cache = sl->ref_cache[list];
1079         ref_index[0 + 0 * 2] = ref_cache[scan8[0]];
1080         ref_index[1 + 0 * 2] = ref_cache[scan8[4]];
1081         ref_index[0 + 1 * 2] = ref_cache[scan8[8]];
1082         ref_index[1 + 1 * 2] = ref_cache[scan8[12]];
1083     }
1084 }
1085
1086 static av_always_inline void write_back_motion(H264Context *h,
1087                                                H264SliceContext *sl,
1088                                                int mb_type)
1089 {
1090     const int b_stride      = h->b_stride;
1091     const int b_xy  = 4 * h->mb_x + 4 * h->mb_y * h->b_stride; // try mb2b(8)_xy
1092     const int b8_xy = 4 * h->mb_xy;
1093
1094     if (USES_LIST(mb_type, 0)) {
1095         write_back_motion_list(h, sl, b_stride, b_xy, b8_xy, mb_type, 0);
1096     } else {
1097         fill_rectangle(&h->cur_pic.ref_index[0][b8_xy],
1098                        2, 2, 2, (uint8_t)LIST_NOT_USED, 1);
1099     }
1100     if (USES_LIST(mb_type, 1))
1101         write_back_motion_list(h, sl, b_stride, b_xy, b8_xy, mb_type, 1);
1102
1103     if (sl->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B && CABAC(h)) {
1104         if (IS_8X8(mb_type)) {
1105             uint8_t *direct_table = &h->direct_table[4 * h->mb_xy];
1106             direct_table[1] = sl->sub_mb_type[1] >> 1;
1107             direct_table[2] = sl->sub_mb_type[2] >> 1;
1108             direct_table[3] = sl->sub_mb_type[3] >> 1;
1109         }
1110     }
1111 }
1112
1113 static av_always_inline int get_dct8x8_allowed(H264Context *h, H264SliceContext *sl)
1114 {
1115     if (h->sps.direct_8x8_inference_flag)
1116         return !(AV_RN64A(sl->sub_mb_type) &
1117                  ((MB_TYPE_16x8 | MB_TYPE_8x16 | MB_TYPE_8x8) *
1118                   0x0001000100010001ULL));
1119     else
1120         return !(AV_RN64A(sl->sub_mb_type) &
1121                  ((MB_TYPE_16x8 | MB_TYPE_8x16 | MB_TYPE_8x8 | MB_TYPE_DIRECT2) *
1122                   0x0001000100010001ULL));
1123 }
1124
1125 static inline int find_start_code(const uint8_t *buf, int buf_size,
1126                            int buf_index, int next_avc)
1127 {
1128     uint32_t state = -1;
1129
1130     buf_index = avpriv_find_start_code(buf + buf_index, buf + next_avc + 1, &state) - buf - 1;
1131
1132     return FFMIN(buf_index, buf_size);
1133 }
1134
1135 static inline int get_avc_nalsize(H264Context *h, const uint8_t *buf,
1136                            int buf_size, int *buf_index)
1137 {
1138     int i, nalsize = 0;
1139
1140     if (*buf_index >= buf_size - h->nal_length_size)
1141         return -1;
1142
1143     for (i = 0; i < h->nal_length_size; i++)
1144         nalsize = ((unsigned)nalsize << 8) | buf[(*buf_index)++];
1145     if (nalsize <= 0 || nalsize > buf_size - *buf_index) {
1146         av_log(h->avctx, AV_LOG_ERROR,
1147                "AVC: nal size %d\n", nalsize);
1148         return -1;
1149     }
1150     return nalsize;
1151 }
1152
1153 int ff_h264_field_end(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int in_setup);
1154
1155 int ff_h264_ref_picture(H264Context *h, H264Picture *dst, H264Picture *src);
1156 void ff_h264_unref_picture(H264Context *h, H264Picture *pic);
1157
1158 int ff_h264_context_init(H264Context *h);
1159 int ff_h264_set_parameter_from_sps(H264Context *h);
1160
1161 void ff_h264_draw_horiz_band(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int y, int height);
1162 int ff_init_poc(H264Context *h, int pic_field_poc[2], int *pic_poc);
1163 int ff_pred_weight_table(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1164 int ff_set_ref_count(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1165
1166 int ff_h264_decode_slice_header(H264Context *h, H264SliceContext *sl, H264Context *h0);
1167 #define SLICE_SINGLETHREAD 1
1168 #define SLICE_SKIPED 2
1169
1170 int ff_h264_execute_decode_slices(H264Context *h, unsigned context_count);
1171 int ff_h264_update_thread_context(AVCodecContext *dst,
1172                                   const AVCodecContext *src);
1173
1174 void ff_h264_flush_change(H264Context *h);
1175
1176 void ff_h264_free_tables(H264Context *h, int free_rbsp);
1177
1178 void ff_h264_set_erpic(ERPicture *dst, H264Picture *src);
1179
1180 #endif /* AVCODEC_H264_H */