avcodec/aacdec_fixed: use 64bit to avoid overflow in rounding in apply_dependent_coup...
[ffmpeg.git] / libavcodec / hevc_refs.c
1 /*
2  * HEVC video decoder
3  *
4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
5  * Copyright (C) 2012 - 2013 Gildas Cocherel
6  *
7  * This file is part of FFmpeg.
8  *
9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
11  * License as published by the Free Software Foundation; either
12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
13  *
14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
17  * Lesser General Public License for more details.
18  *
19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
22  */
23
24 #include "libavutil/avassert.h"
25 #include "libavutil/pixdesc.h"
26
27 #include "internal.h"
28 #include "thread.h"
29 #include "hevc.h"
30 #include "hevcdec.h"
31
32 void ff_hevc_unref_frame(HEVCContext *s, HEVCFrame *frame, int flags)
33 {
34     /* frame->frame can be NULL if context init failed */
35     if (!frame->frame || !frame->frame->buf[0])
36         return;
37
38     frame->flags &= ~flags;
39     if (!frame->flags) {
40         ff_thread_release_buffer(s->avctx, &frame->tf);
41
42         av_buffer_unref(&frame->tab_mvf_buf);
43         frame->tab_mvf = NULL;
44
45         av_buffer_unref(&frame->rpl_buf);
46         av_buffer_unref(&frame->rpl_tab_buf);
47         frame->rpl_tab    = NULL;
48         frame->refPicList = NULL;
49
50         frame->collocated_ref = NULL;
51
52         av_buffer_unref(&frame->hwaccel_priv_buf);
53         frame->hwaccel_picture_private = NULL;
54     }
55 }
56
57 RefPicList *ff_hevc_get_ref_list(HEVCContext *s, HEVCFrame *ref, int x0, int y0)
58 {
59     int x_cb         = x0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
60     int y_cb         = y0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
61     int pic_width_cb = s->ps.sps->ctb_width;
62     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
63     return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
64 }
65
66 void ff_hevc_clear_refs(HEVCContext *s)
67 {
68     int i;
69     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
70         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i],
71                             HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF |
72                             HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
73 }
74
75 void ff_hevc_flush_dpb(HEVCContext *s)
76 {
77     int i;
78     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
79         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], ~0);
80 }
81
82 static HEVCFrame *alloc_frame(HEVCContext *s)
83 {
84     int i, j, ret;
85     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
86         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
87         if (frame->frame->buf[0])
88             continue;
89
90         ret = ff_thread_get_buffer(s->avctx, &frame->tf,
91                                    AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
92         if (ret < 0)
93             return NULL;
94
95         frame->rpl_buf = av_buffer_allocz(s->pkt.nb_nals * sizeof(RefPicListTab));
96         if (!frame->rpl_buf)
97             goto fail;
98
99         frame->tab_mvf_buf = av_buffer_pool_get(s->tab_mvf_pool);
100         if (!frame->tab_mvf_buf)
101             goto fail;
102         frame->tab_mvf = (MvField *)frame->tab_mvf_buf->data;
103
104         frame->rpl_tab_buf = av_buffer_pool_get(s->rpl_tab_pool);
105         if (!frame->rpl_tab_buf)
106             goto fail;
107         frame->rpl_tab   = (RefPicListTab **)frame->rpl_tab_buf->data;
108         frame->ctb_count = s->ps.sps->ctb_width * s->ps.sps->ctb_height;
109         for (j = 0; j < frame->ctb_count; j++)
110             frame->rpl_tab[j] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data;
111
112         frame->frame->top_field_first  = s->sei.picture_timing.picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
113         frame->frame->interlaced_frame = (s->sei.picture_timing.picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD) || (s->sei.picture_timing.picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD);
114
115         if (s->avctx->hwaccel) {
116             const AVHWAccel *hwaccel = s->avctx->hwaccel;
117             av_assert0(!frame->hwaccel_picture_private);
118             if (hwaccel->frame_priv_data_size) {
119                 frame->hwaccel_priv_buf = av_buffer_allocz(hwaccel->frame_priv_data_size);
120                 if (!frame->hwaccel_priv_buf)
121                     goto fail;
122                 frame->hwaccel_picture_private = frame->hwaccel_priv_buf->data;
123             }
124         }
125
126         return frame;
127 fail:
128         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
129         return NULL;
130     }
131     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
132     return NULL;
133 }
134
135 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
136 {
137     HEVCFrame *ref;
138     int i;
139
140     /* check that this POC doesn't already exist */
141     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
142         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
143
144         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
145             frame->poc == poc) {
146             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
147                    poc);
148             return AVERROR_INVALIDDATA;
149         }
150     }
151
152     ref = alloc_frame(s);
153     if (!ref)
154         return AVERROR(ENOMEM);
155
156     *frame = ref->frame;
157     s->ref = ref;
158
159     if (s->sh.pic_output_flag)
160         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
161     else
162         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
163
164     ref->poc      = poc;
165     ref->sequence = s->seq_decode;
166     ref->frame->crop_left   = s->ps.sps->output_window.left_offset;
167     ref->frame->crop_right  = s->ps.sps->output_window.right_offset;
168     ref->frame->crop_top    = s->ps.sps->output_window.top_offset;
169     ref->frame->crop_bottom = s->ps.sps->output_window.bottom_offset;
170
171     return 0;
172 }
173
174 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
175 {
176     do {
177         int nb_output = 0;
178         int min_poc   = INT_MAX;
179         int i, min_idx, ret;
180
181         if (s->sh.no_output_of_prior_pics_flag == 1 && s->no_rasl_output_flag == 1) {
182             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
183                 HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
184                 if (!(frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING) && frame->poc != s->poc &&
185                         frame->sequence == s->seq_output) {
186                     ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
187                 }
188             }
189         }
190
191         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
192             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
193             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
194                 frame->sequence == s->seq_output) {
195                 nb_output++;
196                 if (frame->poc < min_poc || nb_output == 1) {
197                     min_poc = frame->poc;
198                     min_idx = i;
199                 }
200             }
201         }
202
203         /* wait for more frames before output */
204         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->ps.sps &&
205             nb_output <= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
206             return 0;
207
208         if (nb_output) {
209             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
210
211             ret = av_frame_ref(out, frame->frame);
212             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING)
213                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING);
214             else
215                 ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
216             if (ret < 0)
217                 return ret;
218
219             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
220                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
221             return 1;
222         }
223
224         if (s->seq_output != s->seq_decode)
225             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
226         else
227             break;
228     } while (1);
229
230     return 0;
231 }
232
233 void ff_hevc_bump_frame(HEVCContext *s)
234 {
235     int dpb = 0;
236     int min_poc = INT_MAX;
237     int i;
238
239     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
240         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
241         if ((frame->flags) &&
242             frame->sequence == s->seq_output &&
243             frame->poc != s->poc) {
244             dpb++;
245         }
246     }
247
248     if (s->ps.sps && dpb >= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].max_dec_pic_buffering) {
249         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
250             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
251             if ((frame->flags) &&
252                 frame->sequence == s->seq_output &&
253                 frame->poc != s->poc) {
254                 if (frame->flags == HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT && frame->poc < min_poc) {
255                     min_poc = frame->poc;
256                 }
257             }
258         }
259
260         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
261             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
262             if (frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT &&
263                 frame->sequence == s->seq_output &&
264                 frame->poc <= min_poc) {
265                 frame->flags |= HEVC_FRAME_FLAG_BUMPING;
266             }
267         }
268
269         dpb--;
270     }
271 }
272
273 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
274 {
275     HEVCFrame *frame = s->ref;
276     int ctb_count    = frame->ctb_count;
277     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
278     int i;
279
280     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
281         return AVERROR_INVALIDDATA;
282
283     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
284         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
285
286     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
287
288     return 0;
289 }
290
291 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
292 {
293     SliceHeader *sh = &s->sh;
294
295     uint8_t nb_list = sh->slice_type == HEVC_SLICE_B ? 2 : 1;
296     uint8_t list_idx;
297     int i, j, ret;
298
299     ret = init_slice_rpl(s);
300     if (ret < 0)
301         return ret;
302
303     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
304           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
305         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
306         return AVERROR_INVALIDDATA;
307     }
308
309     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
310         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
311         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
312
313         /* The order of the elements is
314          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
315          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
316         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
317                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
318                               LT_CURR };
319
320         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
321         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
322             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
323                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
324                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < HEVC_MAX_REFS; j++) {
325                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
326                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
327                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
328                     rpl_tmp.nb_refs++;
329                 }
330             }
331         }
332
333         /* reorder the references if necessary */
334         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
335             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
336                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
337
338                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
339                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
340                     return AVERROR_INVALIDDATA;
341                 }
342
343                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
344                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
345                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
346                 rpl->nb_refs++;
347             }
348         } else {
349             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
350             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
351         }
352
353         if (sh->collocated_list == list_idx &&
354             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
355             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
356     }
357
358     return 0;
359 }
360
361 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
362 {
363     int i;
364     int LtMask = (1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
365
366     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
367         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
368         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
369             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
370                 return ref;
371         }
372     }
373
374     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
375         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
376         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
377             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
378                 return ref;
379         }
380     }
381
382     if (s->nal_unit_type != HEVC_NAL_CRA_NUT && !IS_BLA(s))
383         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
384                "Could not find ref with POC %d\n", poc);
385     return NULL;
386 }
387
388 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
389 {
390     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
391     frame->flags |= flag;
392 }
393
394 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
395 {
396     HEVCFrame *frame;
397     int i, x, y;
398
399     frame = alloc_frame(s);
400     if (!frame)
401         return NULL;
402
403     if (!s->avctx->hwaccel) {
404         if (!s->ps.sps->pixel_shift) {
405             for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
406                 memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1),
407                        frame->frame->buf[i]->size);
408         } else {
409             for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
410                 for (y = 0; y < (s->ps.sps->height >> s->ps.sps->vshift[i]); y++)
411                     for (x = 0; x < (s->ps.sps->width >> s->ps.sps->hshift[i]); x++) {
412                         AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
413                                 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1));
414                     }
415         }
416     }
417
418     frame->poc      = poc;
419     frame->sequence = s->seq_decode;
420     frame->flags    = 0;
421
422     if (s->threads_type == FF_THREAD_FRAME)
423         ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
424
425     return frame;
426 }
427
428 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
429 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
430                              int poc, int ref_flag)
431 {
432     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
433
434     if (ref == s->ref || list->nb_refs >= HEVC_MAX_REFS)
435         return AVERROR_INVALIDDATA;
436
437     if (!ref) {
438         ref = generate_missing_ref(s, poc);
439         if (!ref)
440             return AVERROR(ENOMEM);
441     }
442
443     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
444     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
445     list->nb_refs++;
446
447     mark_ref(ref, ref_flag);
448     return 0;
449 }
450
451 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
452 {
453     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
454     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
455     RefPicList               *rps = s->rps;
456     int i, ret = 0;
457
458     if (!short_rps) {
459         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
460         return 0;
461     }
462
463     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
464     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
465         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
466
467         if (frame == s->ref)
468             continue;
469
470         mark_ref(frame, 0);
471     }
472
473     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
474         rps[i].nb_refs = 0;
475
476     /* add the short refs */
477     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
478         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
479         int list;
480
481         if (!short_rps->used[i])
482             list = ST_FOLL;
483         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
484             list = ST_CURR_BEF;
485         else
486             list = ST_CURR_AFT;
487
488         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
489         if (ret < 0)
490             goto fail;
491     }
492
493     /* add the long refs */
494     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
495         int poc  = long_rps->poc[i];
496         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
497
498         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
499         if (ret < 0)
500             goto fail;
501     }
502
503 fail:
504     /* release any frames that are now unused */
505     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
506         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
507
508     return ret;
509 }
510
511 int ff_hevc_frame_nb_refs(const HEVCContext *s)
512 {
513     int ret = 0;
514     int i;
515     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
516     const LongTermRPS *long_rps = &s->sh.long_term_rps;
517
518     if (rps) {
519         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
520             ret += !!rps->used[i];
521         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
522             ret += !!rps->used[i];
523     }
524
525     if (long_rps) {
526         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
527             ret += !!long_rps->used[i];
528     }
529     return ret;
530 }