lavc: add a HEVC decoder.
[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 FFmpeg.
7  *
8  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
9  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
10  * License as published by the Free Software Foundation; either
11  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
12  *
13  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
14  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
15  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
16  * Lesser General Public License for more details.
17  *
18  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
19  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
20  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
21  */
22
23 #include "libavutil/pixdesc.h"
24 #include "bit_depth_template.c"
25 #include "hevcpred.h"
26
27 #define POS(x, y) src[(x) + stride * (y)]
28
29 static void FUNC(intra_pred)(HEVCContext *s, int x0, int y0, int log2_size, int c_idx)
30 {
31 #define PU(x) \
32     ((x) >> s->sps->log2_min_pu_size)
33 #define MVF(x, y) \
34     (s->ref->tab_mvf[(x) + (y) * pic_width_in_min_pu])
35 #define MVF_PU(x, y) \
36     MVF(PU(x0 + ((x) << hshift)), PU(y0 + ((y) << vshift)))
37 #define IS_INTRA(x, y) \
38     (MVF_PU(x, y).is_intra || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
39 #define MIN_TB_ADDR_ZS(x, y) \
40     s->pps->min_tb_addr_zs[(y) * s->sps->min_tb_width + (x)]
41 #define EXTEND_LEFT(ptr, start, length) \
42         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
43             ptr[i - 1] = ptr[i]
44 #define EXTEND_RIGHT(ptr, start, length) \
45         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
46             ptr[i] = ptr[i - 1]
47 #define EXTEND_UP(ptr, start, length)   EXTEND_LEFT(ptr, start, length)
48 #define EXTEND_DOWN(ptr, start, length) EXTEND_RIGHT(ptr, start, length)
49 #define EXTEND_LEFT_CIP(ptr, start, length) \
50         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
51             if (!IS_INTRA(i - 1, -1)) \
52                 ptr[i - 1] = ptr[i]
53 #define EXTEND_RIGHT_CIP(ptr, start, length) \
54         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
55             if (!IS_INTRA(i, -1)) \
56                 ptr[i] = ptr[i - 1]
57 #define EXTEND_UP_CIP(ptr, start, length) \
58         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
59             if (!IS_INTRA(-1, i - 1)) \
60                 ptr[i - 1] = ptr[i]
61 #define EXTEND_DOWN_CIP(ptr, start, length) \
62         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
63             if (!IS_INTRA(-1, i)) \
64             ptr[i] = ptr[i - 1]
65     HEVCLocalContext *lc = &s->HEVClc;
66     int i;
67     int hshift = s->sps->hshift[c_idx];
68     int vshift = s->sps->vshift[c_idx];
69     int size = (1 << log2_size);
70     int size_in_luma = size << hshift;
71     int size_in_tbs = size_in_luma >> s->sps->log2_min_transform_block_size;
72     int x = x0 >> hshift;
73     int y = y0 >> vshift;
74     int x_tb = x0 >> s->sps->log2_min_transform_block_size;
75     int y_tb = y0 >> s->sps->log2_min_transform_block_size;
76     int cur_tb_addr = MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb, y_tb);
77
78     ptrdiff_t stride = s->frame->linesize[c_idx] / sizeof(pixel);
79     pixel *src = (pixel*)s->frame->data[c_idx] + x + y * stride;
80
81     int pic_width_in_min_pu = PU(s->sps->width);
82
83     enum IntraPredMode mode = c_idx ? lc->pu.intra_pred_mode_c :
84                               lc->tu.cur_intra_pred_mode;
85
86     pixel left_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
87     pixel filtered_left_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
88     pixel top_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
89     pixel filtered_top_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
90
91     pixel *left          = left_array + 1;
92     pixel *top           = top_array + 1;
93     pixel *filtered_left = filtered_left_array + 1;
94     pixel *filtered_top  = filtered_top_array + 1;
95
96     int cand_bottom_left = lc->na.cand_bottom_left && cur_tb_addr > MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb - 1, y_tb + size_in_tbs);
97     int cand_left        = lc->na.cand_left;
98     int cand_up_left     = lc->na.cand_up_left;
99     int cand_up          = lc->na.cand_up;
100     int cand_up_right    = lc->na.cand_up_right && cur_tb_addr > MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb + size_in_tbs, y_tb - 1);
101
102     int bottom_left_size = (FFMIN(y0 + 2 * size_in_luma, s->sps->height) -
103                             (y0 + size_in_luma)) >> vshift;
104     int top_right_size   = (FFMIN(x0 + 2 * size_in_luma, s->sps->width) -
105                             (x0 + size_in_luma)) >> hshift;
106
107     if (s->pps->constrained_intra_pred_flag == 1) {
108         int size_in_luma_pu = PU(size_in_luma);
109         int on_pu_edge_x = !(x0 & ((1 << s->sps->log2_min_pu_size) - 1));
110         int on_pu_edge_y = !(y0 & ((1 << s->sps->log2_min_pu_size) - 1));
111         if(!size_in_luma_pu)
112             size_in_luma_pu++;
113         if (cand_bottom_left == 1 && on_pu_edge_x) {
114             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
115             int y_bottom_pu = PU(y0 + size_in_luma);
116             cand_bottom_left = 0;
117             for(i = 0; i < size_in_luma_pu; i++)
118                 cand_bottom_left |= MVF(x_left_pu, y_bottom_pu + i).is_intra;
119         }
120         if (cand_left == 1 && on_pu_edge_x) {
121             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
122             int y_left_pu   = PU(y0);
123             cand_left = 0;
124             for(i = 0; i < size_in_luma_pu; i++)
125                 cand_left |= MVF(x_left_pu, y_left_pu + i).is_intra;
126         }
127         if (cand_up_left == 1) {
128             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
129             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
130             cand_up_left = MVF(x_left_pu, y_top_pu).is_intra;
131         }
132         if (cand_up == 1 && on_pu_edge_y) {
133             int x_top_pu    = PU(x0);
134             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
135             cand_up = 0;
136             for(i = 0; i < size_in_luma_pu; i++)
137                 cand_up |= MVF(x_top_pu + i, y_top_pu).is_intra;
138         }
139         if (cand_up_right == 1 && on_pu_edge_y) {
140             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
141             int x_right_pu  = PU(x0 + size_in_luma);
142             cand_up_right = 0;
143             for(i = 0; i < size_in_luma_pu; i++)
144                 cand_up_right |= MVF(x_right_pu + i, y_top_pu).is_intra;
145         }
146         for (i = 0; i < 2 * MAX_TB_SIZE; i++) {
147             left[i] = 128;
148             top[i]  = 128;
149         }
150     }
151     if (cand_bottom_left) {
152         for (i = size + bottom_left_size; i < (size << 1); i++)
153             if (IS_INTRA(-1, size + bottom_left_size - 1))
154                 left[i] = POS(-1, size + bottom_left_size - 1);
155         for (i = size + bottom_left_size - 1; i >= size; i--)
156             if (IS_INTRA(-1, i))
157                 left[i] = POS(-1, i);
158     }
159     if (cand_left)
160         for (i = size - 1; i >= 0; i--)
161             if (IS_INTRA(-1, i))
162                 left[i] = POS(-1, i);
163     if (cand_up_left)
164         if (IS_INTRA(-1, -1)) {
165             left[-1] = POS(-1, -1);
166             top[-1]  = left[-1];
167         }
168     if (cand_up)
169         for (i = size - 1; i >= 0; i--)
170             if (IS_INTRA(i, -1))
171                 top[i] = POS(i, -1);
172     if (cand_up_right) {
173         for (i = size + top_right_size; i < (size << 1); i++)
174             if (IS_INTRA(size + top_right_size - 1, -1))
175                 top[i] = POS(size + top_right_size - 1, -1);
176         for (i = size + top_right_size - 1; i >= size; i--)
177             if (IS_INTRA(i, -1))
178                 top[i] = POS(i, -1);
179     }
180
181     if (s->pps->constrained_intra_pred_flag == 1) {
182         if (cand_bottom_left || cand_left || cand_up_left || cand_up || cand_up_right) {
183             int size_max_x = x0 + ((2 * size) << hshift) < s->sps->width ?
184                                     2 * size : (s->sps->width - x0) >> hshift;
185             int size_max_y = y0 + ((2 * size) << vshift) < s->sps->height ?
186                                     2 * size : (s->sps->height - y0) >> vshift;
187             int j = size + (cand_bottom_left? bottom_left_size: 0) -1;
188             if (cand_bottom_left || cand_left || cand_up_left) {
189                 while (j>-1 && !IS_INTRA(-1, j)) j--;
190                 if (!IS_INTRA(-1, j)) {
191                     j = 0;
192                     while(j < size_max_x && !IS_INTRA(j, -1)) j++;
193                     EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j+1);
194                     left[-1] = top[-1];
195                     j = 0;
196                 }
197             } else {
198                 j = 0;
199                 while (j < size_max_x && !IS_INTRA(j, -1)) j++;
200                 if (j > 0)
201                     EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j+1);
202                 left[-1] = top[-1];
203                 j = 0;
204             }
205             if (cand_bottom_left || cand_left) {
206                 EXTEND_DOWN_CIP(left, j, size_max_y-j);
207             }
208             if (!cand_left) {
209                 EXTEND_DOWN(left, 0, size);
210             }
211             if (!cand_bottom_left) {
212                 EXTEND_DOWN(left, size, size);
213             }
214             if (x0 != 0 && y0 != 0) {
215                 EXTEND_UP_CIP(left, size_max_y - 1, size_max_y);
216             } else {
217                 EXTEND_UP_CIP(left, size_max_y - 1, size_max_y-1);
218             }
219             top[-1] = left[-1];
220             if (y0 != 0) {
221                 EXTEND_RIGHT_CIP(top, 0, size_max_x);
222             }
223         }
224     }
225     // Infer the unavailable samples
226     if (!cand_bottom_left) {
227         if (cand_left) {
228             EXTEND_DOWN(left, size, size);
229         } else if (cand_up_left) {
230             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
231             cand_left = 1;
232         } else if (cand_up) {
233             left[-1] = top[0];
234             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
235             cand_up_left = 1;
236             cand_left = 1;
237         } else if (cand_up_right) {
238             EXTEND_LEFT(top, size, size);
239             left[-1] = top[0];
240             EXTEND_DOWN(left ,0 , 2 * size);
241             cand_up = 1;
242             cand_up_left = 1;
243             cand_left = 1;
244         } else { // No samples available
245             top[0] = left[-1] = (1 << (BIT_DEPTH - 1));
246             EXTEND_RIGHT(top, 1, 2 * size - 1);
247             EXTEND_DOWN(left, 0, 2 * size);
248         }
249     }
250
251     if (!cand_left) {
252         EXTEND_UP(left, size, size);
253     }
254     if (!cand_up_left) {
255         left[-1] = left[0];
256     }
257     if (!cand_up) {
258         top[0] = left[-1];
259         EXTEND_RIGHT(top, 1, size-1);
260     }
261     if (!cand_up_right) {
262         EXTEND_RIGHT(top, size, size);
263     }
264
265     top[-1] = left[-1];
266
267 #undef EXTEND_LEFT_CIP
268 #undef EXTEND_RIGHT_CIP
269 #undef EXTEND_UP_CIP
270 #undef EXTEND_DOWN_CIP
271 #undef IS_INTRA
272 #undef MVF_PU
273 #undef MVF
274 #undef PU
275 #undef EXTEND_LEFT
276 #undef EXTEND_RIGHT
277 #undef EXTEND_UP
278 #undef EXTEND_DOWN
279 #undef MIN_TB_ADDR_ZS
280
281     // Filtering process
282     if (c_idx == 0 && mode != INTRA_DC && size != 4) {
283         int intra_hor_ver_dist_thresh[] = { 7, 1, 0 };
284         int min_dist_vert_hor           = FFMIN(FFABS((int)mode - 26),
285                                                 FFABS((int)mode - 10));
286         if (min_dist_vert_hor > intra_hor_ver_dist_thresh[log2_size - 3]) {
287             int threshold = 1 << (BIT_DEPTH - 5);
288             if (s->sps->sps_strong_intra_smoothing_enable_flag &&
289                 log2_size == 5 &&
290                 FFABS(top[-1] + top[63] - 2 * top[31]) < threshold &&
291                 FFABS(left[-1] + left[63] - 2 * left[31]) < threshold) {
292                 // We can't just overwrite values in top because it could be
293                 // a pointer into src
294                 filtered_top[-1] = top[-1];
295                 filtered_top[63] = top[63];
296                 for (i = 0; i < 63; i++)
297                     filtered_top[i] = ((64 - (i + 1)) * top[-1] +
298                                              (i + 1)  * top[63] + 32) >> 6;
299                 for (i = 0; i < 63; i++)
300                     left[i] = ((64 - (i + 1)) * left[-1] +
301                                      (i + 1)  * left[63] + 32) >> 6;
302                 top = filtered_top;
303             } else {
304                 filtered_left[2 * size - 1] = left[2 * size - 1];
305                 filtered_top[2 * size - 1]  = top[2 * size - 1];
306                 for (i = 2 * size - 2; i >= 0; i--)
307                     filtered_left[i] = (left[i + 1] + 2 * left[i] +
308                                         left[i - 1] + 2) >> 2;
309                 filtered_top[-1] =
310                 filtered_left[-1] = (left[0] + 2 * left[-1] +
311                                      top[0]  + 2) >> 2;
312                 for (i = 2 * size - 2; i >= 0; i--)
313                     filtered_top[i] = (top[i + 1] + 2 * top[i] +
314                                        top[i - 1] + 2) >> 2;
315                 left = filtered_left;
316                 top  = filtered_top;
317             }
318         }
319     }
320
321     switch (mode) {
322     case INTRA_PLANAR:
323         s->hpc.pred_planar[log2_size - 2]((uint8_t*)src, (uint8_t*)top,
324                                           (uint8_t*)left, stride);
325         break;
326     case INTRA_DC:
327         s->hpc.pred_dc((uint8_t*)src, (uint8_t*)top,
328                        (uint8_t*)left, stride, log2_size, c_idx);
329         break;
330     default:
331         s->hpc.pred_angular[log2_size - 2]((uint8_t*)src, (uint8_t*)top,
332                                            (uint8_t*)left, stride, c_idx, mode);
333         break;
334     }
335 }
336
337 static void FUNC(pred_planar_0)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
338                                 const uint8_t *_left,
339                                 ptrdiff_t stride)
340 {
341     int x, y;
342     pixel *src = (pixel*)_src;
343     const pixel *top  = (const pixel*)_top;
344     const pixel *left = (const pixel*)_left;
345     for (y = 0; y < 4; y++)
346         for (x = 0; x < 4; x++)
347             POS(x, y) = ((3 - x) * left[y]  + (x + 1) * top[4] +
348                          (3 - y) * top[x]   + (y + 1) * left[4] + 4) >> 3;
349 }
350
351 static void FUNC(pred_planar_1)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
352                                 const uint8_t *_left, ptrdiff_t stride)
353 {
354     int x, y;
355     pixel *src = (pixel*)_src;
356     const pixel *top  = (const pixel*)_top;
357     const pixel *left = (const pixel*)_left;
358     for (y = 0; y < 8; y++)
359         for (x = 0; x < 8; x++)
360             POS(x, y) = ((7 - x) * left[y]  + (x + 1) * top[8] +
361                          (7 - y) * top[x]   + (y + 1) * left[8] + 8) >> 4;
362 }
363
364 static void FUNC(pred_planar_2)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
365                                 const uint8_t *_left, ptrdiff_t stride)
366 {
367     int x, y;
368     pixel *src = (pixel*)_src;
369     const pixel *top  = (const pixel*)_top;
370     const pixel *left = (const pixel*)_left;
371     for (y = 0; y < 16; y++)
372         for (x = 0; x < 16; x++)
373             POS(x, y) = ((15 - x) * left[y]  + (x + 1) * top[16] +
374                          (15 - y) * top[x]   + (y + 1) * left[16] + 16) >> 5;
375 }
376
377 static void FUNC(pred_planar_3)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
378                                 const uint8_t *_left, ptrdiff_t stride)
379 {
380     int x, y;
381     pixel *src = (pixel*)_src;
382     const pixel *top  = (const pixel*)_top;
383     const pixel *left = (const pixel*)_left;
384     for (y = 0; y < 32; y++)
385         for (x = 0; x < 32; x++)
386             POS(x, y) = ((31 - x) * left[y]  + (x + 1) * top[32] +
387                          (31 - y) * top[x]   + (y + 1) * left[32] + 32) >> 6;
388 }
389
390 static void FUNC(pred_dc)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
391                           const uint8_t *_left,
392                           ptrdiff_t stride, int log2_size, int c_idx)
393 {
394     int i, j, x, y;
395     int size = (1 << log2_size);
396     pixel *src        = (pixel*)_src;
397     const pixel *top  = (const pixel*)_top;
398     const pixel *left = (const pixel*)_left;
399     int dc = size;
400     pixel4 a;
401     for (i = 0; i < size; i++)
402         dc += left[i] + top[i];
403
404     dc >>= log2_size + 1;
405
406     a = PIXEL_SPLAT_X4(dc);
407
408     for (i = 0; i < size; i++)
409         for (j = 0; j < size / 4; j++)
410             AV_WN4PA(&POS(j * 4, i), a);
411
412     if (c_idx == 0 && size < 32) {
413         POS(0, 0) = (left[0] + 2 * dc  + top[0] + 2) >> 2;
414         for (x = 1; x < size; x++)
415             POS(x, 0) = (top[x] + 3 * dc + 2) >> 2;
416         for (y = 1; y < size; y++)
417             POS(0, y) = (left[y] + 3 * dc + 2) >> 2;
418     }
419 }
420
421 static av_always_inline void FUNC(pred_angular)(uint8_t *_src,
422                                                 const uint8_t *_top,
423                                                 const uint8_t *_left,
424                                                 ptrdiff_t stride, int c_idx,
425                                                 int mode, int size)
426 {
427     int x, y;
428     pixel *src = (pixel*)_src;
429     const pixel *top  = (const pixel*)_top;
430     const pixel *left = (const pixel*)_left;
431
432     static const int intra_pred_angle[] = {
433         32, 26, 21, 17, 13, 9, 5, 2, 0, -2, -5, -9, -13, -17, -21, -26, -32,
434         -26, -21, -17, -13, -9, -5, -2, 0, 2, 5, 9, 13, 17, 21, 26, 32
435     };
436     static const int inv_angle[] = {
437         -4096, -1638, -910, -630, -482, -390, -315, -256, -315, -390, -482,
438         -630, -910, -1638, -4096
439     };
440
441     int angle = intra_pred_angle[mode - 2];
442     pixel ref_array[3 * MAX_TB_SIZE + 1];
443     pixel *ref_tmp = ref_array + size;
444     const pixel *ref;
445     int last = (size * angle) >> 5;
446
447     if (mode >= 18) {
448         ref = top - 1;
449         if (angle < 0 && last < -1) {
450             for (x = 0; x <= size; x++)
451                 ref_tmp[x] = top[x - 1];
452             for (x = last; x <= -1; x++)
453                 ref_tmp[x] = left[-1 + ((x * inv_angle[mode-11] + 128) >> 8)];
454             ref = ref_tmp;
455         }
456
457         for (y = 0; y < size; y++) {
458             int idx  = ((y + 1) * angle) >> 5;
459             int fact = ((y + 1) * angle) & 31;
460             if (fact) {
461                 for (x = 0; x < size; x++) {
462                     POS(x, y) = ((32 - fact) * ref[x + idx + 1] +
463                                        fact  * ref[x + idx + 2] + 16) >> 5;
464                 }
465             } else {
466                 for (x = 0; x < size; x++) {
467                     POS(x, y) = ref[x + idx + 1];
468                 }
469             }
470         }
471         if (mode == 26 && c_idx == 0 && size < 32) {
472             for (y = 0; y < size; y++)
473                 POS(0, y) = av_clip_pixel(top[0] + ((left[y] - left[-1]) >> 1));
474         }
475     } else {
476         ref = left - 1;
477         if (angle < 0 && last < -1) {
478             for (x = 0; x <= size; x++)
479                 ref_tmp[x] = left[x - 1];
480             for (x = last; x <= -1; x++)
481                 ref_tmp[x] = top[-1 + ((x * inv_angle[mode-11] + 128) >> 8)];
482             ref = ref_tmp;
483         }
484
485         for (x = 0; x < size; x++) {
486             int idx  = ((x + 1) * angle) >> 5;
487             int fact = ((x + 1) * angle) & 31;
488             if (fact) {
489                 for (y = 0; y < size; y++) {
490                     POS(x, y) = ((32 - fact) * ref[y + idx + 1] +
491                                        fact  * ref[y + idx + 2] + 16) >> 5;
492                 }
493             } else {
494                 for (y = 0; y < size; y++) {
495                     POS(x, y) = ref[y + idx + 1];
496                 }
497             }
498         }
499         if (mode == 10 && c_idx == 0 && size < 32) {
500             for (x = 0; x < size; x++)
501                 POS(x, 0) = av_clip_pixel(left[0] + ((top[x] - top[-1]) >> 1));
502         }
503     }
504 }
505
506 static void FUNC(pred_angular_0)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
507                                  const uint8_t *left,
508                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
509 {
510     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 2);
511 }
512
513 static void FUNC(pred_angular_1)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
514                                  const uint8_t *left,
515                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
516 {
517     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 3);
518 }
519
520 static void FUNC(pred_angular_2)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
521                                  const uint8_t *left,
522                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
523 {
524     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 4);
525 }
526
527 static void FUNC(pred_angular_3)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
528                                  const uint8_t *left,
529                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
530 {
531     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 5);
532 }
533 #undef POS