H.264: merge fill_rectangle into P-SKIP MV prediction, to match B-SKIP
[ffmpeg.git] / libavcodec / h264_mvpred.h
1 /*
2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... motion vector predicion
3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav 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  * Libav 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 Libav; 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 motion vector predicion.
25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
26  */
27
28 #ifndef AVCODEC_H264_MVPRED_H
29 #define AVCODEC_H264_MVPRED_H
30
31 #include "internal.h"
32 #include "avcodec.h"
33 #include "h264.h"
34
35 //#undef NDEBUG
36 #include <assert.h>
37
38 static av_always_inline int fetch_diagonal_mv(H264Context *h, const int16_t **C, int i, int list, int part_width){
39     const int topright_ref= h->ref_cache[list][ i - 8 + part_width ];
40     MpegEncContext *s = &h->s;
41
42     /* there is no consistent mapping of mvs to neighboring locations that will
43      * make mbaff happy, so we can't move all this logic to fill_caches */
44     if(FRAME_MBAFF){
45
46 #define SET_DIAG_MV(MV_OP, REF_OP, XY, Y4)\
47                 const int xy = XY, y4 = Y4;\
48                 const int mb_type = mb_types[xy+(y4>>2)*s->mb_stride];\
49                 if(!USES_LIST(mb_type,list))\
50                     return LIST_NOT_USED;\
51                 mv = s->current_picture_ptr->motion_val[list][h->mb2b_xy[xy]+3 + y4*h->b_stride];\
52                 h->mv_cache[list][scan8[0]-2][0] = mv[0];\
53                 h->mv_cache[list][scan8[0]-2][1] = mv[1] MV_OP;\
54                 return s->current_picture_ptr->ref_index[list][4*xy+1 + (y4&~1)] REF_OP;
55
56         if(topright_ref == PART_NOT_AVAILABLE
57            && i >= scan8[0]+8 && (i&7)==4
58            && h->ref_cache[list][scan8[0]-1] != PART_NOT_AVAILABLE){
59             const uint32_t *mb_types = s->current_picture_ptr->mb_type;
60             const int16_t *mv;
61             AV_ZERO32(h->mv_cache[list][scan8[0]-2]);
62             *C = h->mv_cache[list][scan8[0]-2];
63
64             if(!MB_FIELD
65                && IS_INTERLACED(h->left_type[0])){
66                 SET_DIAG_MV(*2, >>1, h->left_mb_xy[0]+s->mb_stride, (s->mb_y&1)*2+(i>>5));
67             }
68             if(MB_FIELD
69                && !IS_INTERLACED(h->left_type[0])){
70                 // left shift will turn LIST_NOT_USED into PART_NOT_AVAILABLE, but that's OK.
71                 SET_DIAG_MV(/2, <<1, h->left_mb_xy[i>=36], ((i>>2))&3);
72             }
73         }
74 #undef SET_DIAG_MV
75     }
76
77     if(topright_ref != PART_NOT_AVAILABLE){
78         *C= h->mv_cache[list][ i - 8 + part_width ];
79         return topright_ref;
80     }else{
81         tprintf(s->avctx, "topright MV not available\n");
82
83         *C= h->mv_cache[list][ i - 8 - 1 ];
84         return h->ref_cache[list][ i - 8 - 1 ];
85     }
86 }
87
88 /**
89  * gets the predicted MV.
90  * @param n the block index
91  * @param part_width the width of the partition (4, 8,16) -> (1, 2, 4)
92  * @param mx the x component of the predicted motion vector
93  * @param my the y component of the predicted motion vector
94  */
95 static av_always_inline void pred_motion(H264Context * const h, int n, int part_width, int list, int ref, int * const mx, int * const my){
96     const int index8= scan8[n];
97     const int top_ref=      h->ref_cache[list][ index8 - 8 ];
98     const int left_ref=     h->ref_cache[list][ index8 - 1 ];
99     const int16_t * const A= h->mv_cache[list][ index8 - 1 ];
100     const int16_t * const B= h->mv_cache[list][ index8 - 8 ];
101     const int16_t * C;
102     int diagonal_ref, match_count;
103
104     assert(part_width==1 || part_width==2 || part_width==4);
105
106 /* mv_cache
107   B . . A T T T T
108   U . . L . . , .
109   U . . L . . . .
110   U . . L . . , .
111   . . . L . . . .
112 */
113
114     diagonal_ref= fetch_diagonal_mv(h, &C, index8, list, part_width);
115     match_count= (diagonal_ref==ref) + (top_ref==ref) + (left_ref==ref);
116     tprintf(h->s.avctx, "pred_motion match_count=%d\n", match_count);
117     if(match_count > 1){ //most common
118         *mx= mid_pred(A[0], B[0], C[0]);
119         *my= mid_pred(A[1], B[1], C[1]);
120     }else if(match_count==1){
121         if(left_ref==ref){
122             *mx= A[0];
123             *my= A[1];
124         }else if(top_ref==ref){
125             *mx= B[0];
126             *my= B[1];
127         }else{
128             *mx= C[0];
129             *my= C[1];
130         }
131     }else{
132         if(top_ref == PART_NOT_AVAILABLE && diagonal_ref == PART_NOT_AVAILABLE && left_ref != PART_NOT_AVAILABLE){
133             *mx= A[0];
134             *my= A[1];
135         }else{
136             *mx= mid_pred(A[0], B[0], C[0]);
137             *my= mid_pred(A[1], B[1], C[1]);
138         }
139     }
140
141     tprintf(h->s.avctx, "pred_motion (%2d %2d %2d) (%2d %2d %2d) (%2d %2d %2d) -> (%2d %2d %2d) at %2d %2d %d list %d\n", top_ref, B[0], B[1],                    diagonal_ref, C[0], C[1], left_ref, A[0], A[1], ref, *mx, *my, h->s.mb_x, h->s.mb_y, n, list);
142 }
143
144 /**
145  * gets the directionally predicted 16x8 MV.
146  * @param n the block index
147  * @param mx the x component of the predicted motion vector
148  * @param my the y component of the predicted motion vector
149  */
150 static av_always_inline void pred_16x8_motion(H264Context * const h, int n, int list, int ref, int * const mx, int * const my){
151     if(n==0){
152         const int top_ref=      h->ref_cache[list][ scan8[0] - 8 ];
153         const int16_t * const B= h->mv_cache[list][ scan8[0] - 8 ];
154
155         tprintf(h->s.avctx, "pred_16x8: (%2d %2d %2d) at %2d %2d %d list %d\n", top_ref, B[0], B[1], h->s.mb_x, h->s.mb_y, n, list);
156
157         if(top_ref == ref){
158             *mx= B[0];
159             *my= B[1];
160             return;
161         }
162     }else{
163         const int left_ref=     h->ref_cache[list][ scan8[8] - 1 ];
164         const int16_t * const A= h->mv_cache[list][ scan8[8] - 1 ];
165
166         tprintf(h->s.avctx, "pred_16x8: (%2d %2d %2d) at %2d %2d %d list %d\n", left_ref, A[0], A[1], h->s.mb_x, h->s.mb_y, n, list);
167
168         if(left_ref == ref){
169             *mx= A[0];
170             *my= A[1];
171             return;
172         }
173     }
174
175     //RARE
176     pred_motion(h, n, 4, list, ref, mx, my);
177 }
178
179 /**
180  * gets the directionally predicted 8x16 MV.
181  * @param n the block index
182  * @param mx the x component of the predicted motion vector
183  * @param my the y component of the predicted motion vector
184  */
185 static av_always_inline void pred_8x16_motion(H264Context * const h, int n, int list, int ref, int * const mx, int * const my){
186     if(n==0){
187         const int left_ref=      h->ref_cache[list][ scan8[0] - 1 ];
188         const int16_t * const A=  h->mv_cache[list][ scan8[0] - 1 ];
189
190         tprintf(h->s.avctx, "pred_8x16: (%2d %2d %2d) at %2d %2d %d list %d\n", left_ref, A[0], A[1], h->s.mb_x, h->s.mb_y, n, list);
191
192         if(left_ref == ref){
193             *mx= A[0];
194             *my= A[1];
195             return;
196         }
197     }else{
198         const int16_t * C;
199         int diagonal_ref;
200
201         diagonal_ref= fetch_diagonal_mv(h, &C, scan8[4], list, 2);
202
203         tprintf(h->s.avctx, "pred_8x16: (%2d %2d %2d) at %2d %2d %d list %d\n", diagonal_ref, C[0], C[1], h->s.mb_x, h->s.mb_y, n, list);
204
205         if(diagonal_ref == ref){
206             *mx= C[0];
207             *my= C[1];
208             return;
209         }
210     }
211
212     //RARE
213     pred_motion(h, n, 2, list, ref, mx, my);
214 }
215
216 #define FIX_MV_MBAFF(type, refn, mvn, idx)\
217     if(FRAME_MBAFF){\
218         if(MB_FIELD){\
219             if(!IS_INTERLACED(type)){\
220                 refn <<= 1;\
221                 AV_COPY32(mvbuf[idx], mvn);\
222                 mvbuf[idx][1] /= 2;\
223                 mvn = mvbuf[idx];\
224             }\
225         }else{\
226             if(IS_INTERLACED(type)){\
227                 refn >>= 1;\
228                 AV_COPY32(mvbuf[idx], mvn);\
229                 mvbuf[idx][1] <<= 1;\
230                 mvn = mvbuf[idx];\
231             }\
232         }\
233     }
234
235 static av_always_inline void pred_pskip_motion(H264Context * const h){
236     DECLARE_ALIGNED(4, static const int16_t, zeromv)[2] = {0};
237     DECLARE_ALIGNED(4, int16_t, mvbuf)[3][2];
238     MpegEncContext * const s = &h->s;
239     int8_t *ref = s->current_picture.ref_index[0];
240     int16_t (*mv)[2] = s->current_picture.motion_val[0];
241     int top_ref, left_ref, diagonal_ref, match_count, mx, my;
242     const int16_t *A, *B, *C;
243     int b_stride = h->b_stride;
244
245     fill_rectangle(&h->ref_cache[0][scan8[0]], 4, 4, 8, 0, 1);
246
247     /* To avoid doing an entire fill_decode_caches, we inline the relevant parts here.
248      * FIXME: this is a partial duplicate of the logic in fill_decode_caches, but it's
249      * faster this way.  Is there a way to avoid this duplication?
250      */
251     if(USES_LIST(h->left_type[LTOP], 0)){
252         left_ref = ref[4*h->left_mb_xy[LTOP] + 1 + (h->left_block[0]&~1)];
253         A = mv[h->mb2b_xy[h->left_mb_xy[LTOP]] + 3 + b_stride*h->left_block[0]];
254         FIX_MV_MBAFF(h->left_type[LTOP], left_ref, A, 0);
255         if(!(left_ref | AV_RN32A(A))){
256             goto zeromv;
257         }
258     }else if(h->left_type[LTOP]){
259         left_ref = LIST_NOT_USED;
260         A = zeromv;
261     }else{
262         goto zeromv;
263     }
264
265     if(USES_LIST(h->top_type, 0)){
266         top_ref = ref[4*h->top_mb_xy + 2];
267         B = mv[h->mb2b_xy[h->top_mb_xy] + 3*b_stride];
268         FIX_MV_MBAFF(h->top_type, top_ref, B, 1);
269         if(!(top_ref | AV_RN32A(B))){
270             goto zeromv;
271         }
272     }else if(h->top_type){
273         top_ref = LIST_NOT_USED;
274         B = zeromv;
275     }else{
276         goto zeromv;
277     }
278
279     tprintf(h->s.avctx, "pred_pskip: (%d) (%d) at %2d %2d\n", top_ref, left_ref, h->s.mb_x, h->s.mb_y);
280
281     if(USES_LIST(h->topright_type, 0)){
282         diagonal_ref = ref[4*h->topright_mb_xy + 2];
283         C = mv[h->mb2b_xy[h->topright_mb_xy] + 3*b_stride];
284         FIX_MV_MBAFF(h->topright_type, diagonal_ref, C, 2);
285     }else if(h->topright_type){
286         diagonal_ref = LIST_NOT_USED;
287         C = zeromv;
288     }else{
289         if(USES_LIST(h->topleft_type, 0)){
290             diagonal_ref = ref[4*h->topleft_mb_xy + 1 + (h->topleft_partition & 2)];
291             C = mv[h->mb2b_xy[h->topleft_mb_xy] + 3 + b_stride + (h->topleft_partition & 2*b_stride)];
292             FIX_MV_MBAFF(h->topleft_type, diagonal_ref, C, 2);
293         }else if(h->topleft_type){
294             diagonal_ref = LIST_NOT_USED;
295             C = zeromv;
296         }else{
297             diagonal_ref = PART_NOT_AVAILABLE;
298             C = zeromv;
299         }
300     }
301
302     match_count= !diagonal_ref + !top_ref + !left_ref;
303     tprintf(h->s.avctx, "pred_pskip_motion match_count=%d\n", match_count);
304     if(match_count > 1){
305         mx = mid_pred(A[0], B[0], C[0]);
306         my = mid_pred(A[1], B[1], C[1]);
307     }else if(match_count==1){
308         if(!left_ref){
309             mx = A[0];
310             my = A[1];
311         }else if(!top_ref){
312             mx = B[0];
313             my = B[1];
314         }else{
315             mx = C[0];
316             my = C[1];
317         }
318     }else{
319         mx = mid_pred(A[0], B[0], C[0]);
320         my = mid_pred(A[1], B[1], C[1]);
321     }
322
323     fill_rectangle( h->mv_cache[0][scan8[0]], 4, 4, 8, pack16to32(mx,my), 4);
324     return;
325 zeromv:
326     fill_rectangle( h->mv_cache[0][scan8[0]], 4, 4, 8, 0, 4);
327     return;
328 }
329
330 #endif /* AVCODEC_H264_MVPRED_H */