19ca96dd192cdc44ec8618510024b58759a774e0
[ffmpeg.git] / libavcodec / hevcpred_template.c
1 /*
2  * HEVC video decoder
3  *
4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
5  *
6  * This file is part of Libav.
7  *
8  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 #include "libavutil/pixdesc.h"
24
25 #include "hevc.h"
26
27 #include "bit_depth_template.c"
28
29 #define POS(x, y) src[(x) + stride * (y)]
30
31 static void FUNC(intra_pred)(HEVCContext *s, int x0, int y0, int log2_size, int c_idx)
32 {
33 #define PU(x) \
34     ((x) >> s->sps->log2_min_pu_size)
35 #define MVF(x, y) \
36     (s->ref->tab_mvf[(x) + (y) * min_pu_width])
37 #define MVF_PU(x, y) \
38     MVF(PU(x0 + ((x) << hshift)), PU(y0 + ((y) << vshift)))
39 #define IS_INTRA(x, y) \
40     MVF_PU(x, y).is_intra
41 #define MIN_TB_ADDR_ZS(x, y) \
42     s->pps->min_tb_addr_zs[(y) * s->sps->min_tb_width + (x)]
43 #define EXTEND_LEFT(ptr, start, length) \
44         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
45             ptr[i - 1] = ptr[i]
46 #define EXTEND_RIGHT(ptr, start, length) \
47         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
48             ptr[i] = ptr[i - 1]
49 #define EXTEND_UP(ptr, start, length)   EXTEND_LEFT(ptr, start, length)
50 #define EXTEND_DOWN(ptr, start, length) EXTEND_RIGHT(ptr, start, length)
51 #define EXTEND_LEFT_CIP(ptr, start, length) \
52         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
53             if (!IS_INTRA(i - 1, -1)) \
54                 ptr[i - 1] = ptr[i]
55 #define EXTEND_RIGHT_CIP(ptr, start, length) \
56         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
57             if (!IS_INTRA(i, -1)) \
58                 ptr[i] = ptr[i - 1]
59 #define EXTEND_UP_CIP(ptr, start, length) \
60         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
61             if (!IS_INTRA(-1, i - 1)) \
62                 ptr[i - 1] = ptr[i]
63 #define EXTEND_UP_CIP_0(ptr, start, length) \
64         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
65             ptr[i - 1] = ptr[i]
66 #define EXTEND_DOWN_CIP(ptr, start, length) \
67         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
68             if (!IS_INTRA(-1, i)) \
69                 ptr[i] = ptr[i - 1]
70     HEVCLocalContext *lc = &s->HEVClc;
71     int i;
72     int hshift = s->sps->hshift[c_idx];
73     int vshift = s->sps->vshift[c_idx];
74     int size = (1 << log2_size);
75     int size_in_luma = size << hshift;
76     int size_in_tbs = size_in_luma >> s->sps->log2_min_tb_size;
77     int x = x0 >> hshift;
78     int y = y0 >> vshift;
79     int x_tb = x0 >> s->sps->log2_min_tb_size;
80     int y_tb = y0 >> s->sps->log2_min_tb_size;
81     int cur_tb_addr = MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb, y_tb);
82
83     ptrdiff_t stride = s->frame->linesize[c_idx] / sizeof(pixel);
84     pixel *src = (pixel*)s->frame->data[c_idx] + x + y * stride;
85
86     int min_pu_width = s->sps->min_pu_width;
87
88     enum IntraPredMode mode = c_idx ? lc->pu.intra_pred_mode_c :
89                               lc->tu.cur_intra_pred_mode;
90
91     pixel left_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
92     pixel filtered_left_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
93     pixel top_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
94     pixel filtered_top_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
95
96     pixel *left          = left_array + 1;
97     pixel *top           = top_array  + 1;
98     pixel *filtered_left = filtered_left_array + 1;
99     pixel *filtered_top  = filtered_top_array  + 1;
100
101     int cand_bottom_left = lc->na.cand_bottom_left && cur_tb_addr > MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb - 1, y_tb + size_in_tbs);
102     int cand_left        = lc->na.cand_left;
103     int cand_up_left     = lc->na.cand_up_left;
104     int cand_up          = lc->na.cand_up;
105     int cand_up_right    = lc->na.cand_up_right && cur_tb_addr > MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb + size_in_tbs, y_tb - 1);
106
107     int bottom_left_size = (FFMIN(y0 + 2 * size_in_luma, s->sps->height) -
108                             (y0 + size_in_luma)) >> vshift;
109     int top_right_size   = (FFMIN(x0 + 2 * size_in_luma, s->sps->width) -
110                             (x0 + size_in_luma)) >> hshift;
111
112     if (s->pps->constrained_intra_pred_flag == 1) {
113         int size_in_luma_pu = PU(size_in_luma);
114         int on_pu_edge_x    = !(x0 & ((1 << s->sps->log2_min_pu_size) - 1));
115         int on_pu_edge_y    = !(y0 & ((1 << s->sps->log2_min_pu_size) - 1));
116         if (!size_in_luma_pu)
117             size_in_luma_pu++;
118         if (cand_bottom_left == 1 && on_pu_edge_x) {
119             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
120             int y_bottom_pu = PU(y0 + size_in_luma);
121             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_height - y_bottom_pu);
122             cand_bottom_left = 0;
123             for (i = 0; i < max; i++)
124                 cand_bottom_left |= MVF(x_left_pu, y_bottom_pu + i).is_intra;
125         }
126         if (cand_left == 1 && on_pu_edge_x) {
127             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
128             int y_left_pu   = PU(y0);
129             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_height - y_left_pu);
130             cand_left = 0;
131             for (i = 0; i < max; i++)
132                 cand_left |= MVF(x_left_pu, y_left_pu + i).is_intra;
133         }
134         if (cand_up_left == 1) {
135             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
136             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
137             cand_up_left = MVF(x_left_pu, y_top_pu).is_intra;
138         }
139         if (cand_up == 1 && on_pu_edge_y) {
140             int x_top_pu    = PU(x0);
141             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
142             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_width - x_top_pu);
143             cand_up = 0;
144             for (i = 0; i < max; i++)
145                 cand_up |= MVF(x_top_pu + i, y_top_pu).is_intra;
146         }
147         if (cand_up_right == 1 && on_pu_edge_y) {
148             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
149             int x_right_pu  = PU(x0 + size_in_luma);
150             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_width - x_right_pu);
151             cand_up_right = 0;
152             for (i = 0; i < max; i++)
153                 cand_up_right |= MVF(x_right_pu + i, y_top_pu).is_intra;
154         }
155         for (i = 0; i < 2 * MAX_TB_SIZE; i++) {
156             left[i] = 128;
157             top[i]  = 128;
158         }
159     }
160     if (cand_bottom_left) {
161         for (i = size + bottom_left_size; i < (size << 1); i++)
162             if (IS_INTRA(-1, size + bottom_left_size - 1) ||
163                 !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
164                 left[i] = POS(-1, size + bottom_left_size - 1);
165         for (i = size + bottom_left_size - 1; i >= size; i--)
166             if (IS_INTRA(-1, i) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
167                 left[i] = POS(-1, i);
168     }
169     if (cand_left)
170         for (i = size - 1; i >= 0; i--)
171             if (IS_INTRA(-1, i) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
172                 left[i] = POS(-1, i);
173     if (cand_up_left)
174         if (IS_INTRA(-1, -1) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag) {
175             left[-1] = POS(-1, -1);
176             top[-1]  = left[-1];
177         }
178     if (cand_up)
179         for (i = size - 1; i >= 0; i--)
180             if (IS_INTRA(i, -1) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
181                 top[i] = POS(i, -1);
182     if (cand_up_right) {
183         for (i = size + top_right_size; i < (size << 1); i++)
184             if (IS_INTRA(size + top_right_size - 1, -1) ||
185                 !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
186                 top[i] = POS(size + top_right_size - 1, -1);
187         for (i = size + top_right_size - 1; i >= size; i--)
188             if (IS_INTRA(i, -1) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
189                 top[i] = POS(i, -1);
190     }
191
192     if (s->pps->constrained_intra_pred_flag == 1) {
193         if (cand_bottom_left || cand_left || cand_up_left || cand_up || cand_up_right) {
194             int size_max_x = x0 + ((2 * size) << hshift) < s->sps->width ?
195                                     2 * size : (s->sps->width - x0) >> hshift;
196             int size_max_y = y0 + ((2 * size) << vshift) < s->sps->height ?
197                                     2 * size : (s->sps->height - y0) >> vshift;
198             int j = size + (cand_bottom_left? bottom_left_size: 0) -1;
199             if (!cand_up_right) {
200                 size_max_x = x0 + ((size) << hshift) < s->sps->width ?
201                                                     size : (s->sps->width - x0) >> hshift;
202             }
203             if (!cand_bottom_left) {
204                 size_max_y = y0 + (( size) << vshift) < s->sps->height ?
205                                                      size : (s->sps->height - y0) >> vshift;
206             }
207             if (cand_bottom_left || cand_left || cand_up_left) {
208                 while (j > -1 && !IS_INTRA(-1, j))
209                     j--;
210                 if (!IS_INTRA(-1, j)) {
211                     j = 0;
212                     while (j < size_max_x && !IS_INTRA(j, -1))
213                         j++;
214                     EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j + 1);
215                     left[-1] = top[-1];
216                     j        = 0;
217                 }
218             } else {
219                 j = 0;
220                 while (j < size_max_x && !IS_INTRA(j, -1))
221                     j++;
222                 if (j > 0)
223                     if (x0 > 0) {
224                         EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j + 1);
225                     } else {
226                         EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j);
227                         top[-1] = top[0];
228                     }
229                 left[-1] = top[-1];
230                 j        = 0;
231             }
232             if (cand_bottom_left || cand_left) {
233                 EXTEND_DOWN_CIP(left, j, size_max_y - j);
234             }
235             if (!cand_left) {
236                 EXTEND_DOWN(left, 0, size);
237             }
238             if (!cand_bottom_left) {
239                 EXTEND_DOWN(left, size, size);
240             }
241             if (x0 != 0 && y0 != 0) {
242                 EXTEND_UP_CIP(left, size_max_y - 1, size_max_y);
243             } else if (x0 == 0) {
244                 EXTEND_UP_CIP_0(left, size_max_y - 1, size_max_y);
245             } else {
246                 EXTEND_UP_CIP(left, size_max_y - 1, size_max_y - 1);
247             }
248             top[-1] = left[-1];
249             if (y0 != 0) {
250                 EXTEND_RIGHT_CIP(top, 0, size_max_x);
251             }
252         }
253     }
254     // Infer the unavailable samples
255     if (!cand_bottom_left) {
256         if (cand_left) {
257             EXTEND_DOWN(left, size, size);
258         } else if (cand_up_left) {
259             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
260             cand_left = 1;
261         } else if (cand_up) {
262             left[-1] = top[0];
263             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
264             cand_up_left = 1;
265             cand_left    = 1;
266         } else if (cand_up_right) {
267             EXTEND_LEFT(top, size, size);
268             left[-1] = top[0];
269             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
270             cand_up      = 1;
271             cand_up_left = 1;
272             cand_left    = 1;
273         } else { // No samples available
274             top[0] = left[-1] = (1 << (BIT_DEPTH - 1));
275             EXTEND_RIGHT(top, 1, 2 * size - 1);
276             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
277         }
278     }
279
280     if (!cand_left) {
281         EXTEND_UP(left, size, size);
282     }
283     if (!cand_up_left) {
284         left[-1] = left[0];
285     }
286     if (!cand_up) {
287         top[0] = left[-1];
288         EXTEND_RIGHT(top, 1, size - 1);
289     }
290     if (!cand_up_right) {
291         EXTEND_RIGHT(top, size, size);
292     }
293
294     top[-1] = left[-1];
295
296     // Filtering process
297     if (c_idx == 0 && mode != INTRA_DC && size != 4) {
298         int intra_hor_ver_dist_thresh[] = { 7, 1, 0 };
299         int min_dist_vert_hor = FFMIN(FFABS((int)mode - 26),
300                                       FFABS((int)mode - 10));
301         if (min_dist_vert_hor > intra_hor_ver_dist_thresh[log2_size - 3]) {
302             int threshold = 1 << (BIT_DEPTH - 5);
303             if (s->sps->sps_strong_intra_smoothing_enable_flag &&
304                 log2_size == 5 &&
305                 FFABS(top[-1]  + top[63]  - 2 * top[31])  < threshold &&
306                 FFABS(left[-1] + left[63] - 2 * left[31]) < threshold) {
307                 // We can't just overwrite values in top because it could be
308                 // a pointer into src
309                 filtered_top[-1] = top[-1];
310                 filtered_top[63] = top[63];
311                 for (i = 0; i < 63; i++)
312                     filtered_top[i] = ((64 - (i + 1)) * top[-1] +
313                                              (i + 1)  * top[63] + 32) >> 6;
314                 for (i = 0; i < 63; i++)
315                     left[i] = ((64 - (i + 1)) * left[-1] +
316                                      (i + 1)  * left[63] + 32) >> 6;
317                 top = filtered_top;
318             } else {
319                 filtered_left[2 * size - 1] = left[2 * size - 1];
320                 filtered_top[2 * size - 1]  = top[2 * size - 1];
321                 for (i = 2 * size - 2; i >= 0; i--)
322                     filtered_left[i] = (left[i + 1] + 2 * left[i] +
323                                         left[i - 1] + 2) >> 2;
324                 filtered_top[-1]  =
325                 filtered_left[-1] = (left[0] + 2 * left[-1] + top[0] + 2) >> 2;
326                 for (i = 2 * size - 2; i >= 0; i--)
327                     filtered_top[i] = (top[i + 1] + 2 * top[i] +
328                                        top[i - 1] + 2) >> 2;
329                 left = filtered_left;
330                 top  = filtered_top;
331             }
332         }
333     }
334
335     switch (mode) {
336     case INTRA_PLANAR:
337         s->hpc.pred_planar[log2_size - 2]((uint8_t *)src, (uint8_t *)top,
338                                           (uint8_t *)left, stride);
339         break;
340     case INTRA_DC:
341         s->hpc.pred_dc((uint8_t *)src, (uint8_t *)top,
342                        (uint8_t *)left, stride, log2_size, c_idx);
343         break;
344     default:
345         s->hpc.pred_angular[log2_size - 2]((uint8_t *)src, (uint8_t *)top,
346                                            (uint8_t *)left, stride, c_idx,
347                                            mode);
348         break;
349     }
350 }
351
352 static av_always_inline void FUNC(pred_planar)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
353                                   const uint8_t *_left, ptrdiff_t stride,
354                                   int trafo_size)
355 {
356     int x, y;
357     pixel *src        = (pixel *)_src;
358     const pixel *top  = (const pixel *)_top;
359     const pixel *left = (const pixel *)_left;
360     int size = 1 << trafo_size;
361     for (y = 0; y < size; y++)
362         for (x = 0; x < size; x++)
363             POS(x, y) = ((size - 1 - x) * left[y] + (x + 1) * top[size]  +
364                          (size - 1 - y) * top[x]  + (y + 1) * left[size] + size) >> (trafo_size + 1);
365 }
366
367 #define PRED_PLANAR(size)\
368 static void FUNC(pred_planar_ ## size)(uint8_t *src, const uint8_t *top,        \
369                                        const uint8_t *left, ptrdiff_t stride)   \
370 {                                                                               \
371     FUNC(pred_planar)(src, top, left, stride, size + 2);                        \
372 }
373
374 PRED_PLANAR(0)
375 PRED_PLANAR(1)
376 PRED_PLANAR(2)
377 PRED_PLANAR(3)
378
379 #undef PRED_PLANAR
380
381 static void FUNC(pred_dc)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
382                           const uint8_t *_left,
383                           ptrdiff_t stride, int log2_size, int c_idx)
384 {
385     int i, j, x, y;
386     int size          = (1 << log2_size);
387     pixel *src        = (pixel *)_src;
388     const pixel *top  = (const pixel *)_top;
389     const pixel *left = (const pixel *)_left;
390     int dc            = size;
391     pixel4 a;
392     for (i = 0; i < size; i++)
393         dc += left[i] + top[i];
394
395     dc >>= log2_size + 1;
396
397     a = PIXEL_SPLAT_X4(dc);
398
399     for (i = 0; i < size; i++)
400         for (j = 0; j < size / 4; j++)
401             AV_WN4PA(&POS(j * 4, i), a);
402
403     if (c_idx == 0 && size < 32) {
404         POS(0, 0) = (left[0] + 2 * dc + top[0] + 2) >> 2;
405         for (x = 1; x < size; x++)
406             POS(x, 0) = (top[x] + 3 * dc + 2) >> 2;
407         for (y = 1; y < size; y++)
408             POS(0, y) = (left[y] + 3 * dc + 2) >> 2;
409     }
410 }
411
412 static av_always_inline void FUNC(pred_angular)(uint8_t *_src,
413                                                 const uint8_t *_top,
414                                                 const uint8_t *_left,
415                                                 ptrdiff_t stride, int c_idx,
416                                                 int mode, int size)
417 {
418     int x, y;
419     pixel *src        = (pixel *)_src;
420     const pixel *top  = (const pixel *)_top;
421     const pixel *left = (const pixel *)_left;
422
423     static const int intra_pred_angle[] = {
424          32,  26,  21,  17, 13,  9,  5, 2, 0, -2, -5, -9, -13, -17, -21, -26, -32,
425         -26, -21, -17, -13, -9, -5, -2, 0, 2,  5,  9, 13,  17,  21,  26,  32
426     };
427     static const int inv_angle[] = {
428         -4096, -1638, -910, -630, -482, -390, -315, -256, -315, -390, -482,
429         -630, -910, -1638, -4096
430     };
431
432     int angle = intra_pred_angle[mode - 2];
433     pixel ref_array[3 * MAX_TB_SIZE + 1];
434     pixel *ref_tmp = ref_array + size;
435     const pixel *ref;
436     int last = (size * angle) >> 5;
437
438     if (mode >= 18) {
439         ref = top - 1;
440         if (angle < 0 && last < -1) {
441             for (x = 0; x <= size; x++)
442                 ref_tmp[x] = top[x - 1];
443             for (x = last; x <= -1; x++)
444                 ref_tmp[x] = left[-1 + ((x * inv_angle[mode - 11] + 128) >> 8)];
445             ref = ref_tmp;
446         }
447
448         for (y = 0; y < size; y++) {
449             int idx  = ((y + 1) * angle) >> 5;
450             int fact = ((y + 1) * angle) & 31;
451             if (fact) {
452                 for (x = 0; x < size; x++) {
453                     POS(x, y) = ((32 - fact) * ref[x + idx + 1] +
454                                        fact  * ref[x + idx + 2] + 16) >> 5;
455                 }
456             } else {
457                 for (x = 0; x < size; x++)
458                     POS(x, y) = ref[x + idx + 1];
459             }
460         }
461         if (mode == 26 && c_idx == 0 && size < 32) {
462             for (y = 0; y < size; y++)
463                 POS(0, y) = av_clip_pixel(top[0] + ((left[y] - left[-1]) >> 1));
464         }
465     } else {
466         ref = left - 1;
467         if (angle < 0 && last < -1) {
468             for (x = 0; x <= size; x++)
469                 ref_tmp[x] = left[x - 1];
470             for (x = last; x <= -1; x++)
471                 ref_tmp[x] = top[-1 + ((x * inv_angle[mode - 11] + 128) >> 8)];
472             ref = ref_tmp;
473         }
474
475         for (x = 0; x < size; x++) {
476             int idx  = ((x + 1) * angle) >> 5;
477             int fact = ((x + 1) * angle) & 31;
478             if (fact) {
479                 for (y = 0; y < size; y++) {
480                     POS(x, y) = ((32 - fact) * ref[y + idx + 1] +
481                                        fact  * ref[y + idx + 2] + 16) >> 5;
482                 }
483             } else {
484                 for (y = 0; y < size; y++)
485                     POS(x, y) = ref[y + idx + 1];
486             }
487         }
488         if (mode == 10 && c_idx == 0 && size < 32) {
489             for (x = 0; x < size; x++)
490                 POS(x, 0) = av_clip_pixel(left[0] + ((top[x] - top[-1]) >> 1));
491         }
492     }
493 }
494
495 static void FUNC(pred_angular_0)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
496                                  const uint8_t *left,
497                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
498 {
499     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 2);
500 }
501
502 static void FUNC(pred_angular_1)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
503                                  const uint8_t *left,
504                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
505 {
506     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 3);
507 }
508
509 static void FUNC(pred_angular_2)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
510                                  const uint8_t *left,
511                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
512 {
513     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 4);
514 }
515
516 static void FUNC(pred_angular_3)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
517                                  const uint8_t *left,
518                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
519 {
520     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 5);
521 }
522
523 #undef EXTEND_LEFT_CIP
524 #undef EXTEND_RIGHT_CIP
525 #undef EXTEND_UP_CIP
526 #undef EXTEND_DOWN_CIP
527 #undef IS_INTRA
528 #undef MVF_PU
529 #undef MVF
530 #undef PU
531 #undef EXTEND_LEFT
532 #undef EXTEND_RIGHT
533 #undef EXTEND_UP
534 #undef EXTEND_DOWN
535 #undef MIN_TB_ADDR_ZS
536 #undef POS