Merge commit '4912b634b517c8acfc476c5d47f10be83fe7e18b'
[ffmpeg.git] / libavcodec / dnxhddec.c
1 /*
2  * VC3/DNxHD decoder.
3  * Copyright (c) 2007 SmartJog S.A., Baptiste Coudurier <baptiste dot coudurier at smartjog dot com>
4  * Copyright (c) 2011 MirriAd Ltd
5  *
6  * 10 bit support added by MirriAd Ltd, Joseph Artsimovich <joseph@mirriad.com>
7  *
8  * This file is part of FFmpeg.
9  *
10  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
11  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
12  * License as published by the Free Software Foundation; either
13  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
14  *
15  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
16  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
17  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
18  * Lesser General Public License for more details.
19  *
20  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
21  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 #include "libavutil/imgutils.h"
26 #include "libavutil/timer.h"
27 #include "avcodec.h"
28 #include "blockdsp.h"
29 #include "get_bits.h"
30 #include "dnxhddata.h"
31 #include "idctdsp.h"
32 #include "internal.h"
33 #include "thread.h"
34
35 typedef struct DNXHDContext {
36     AVCodecContext *avctx;
37     GetBitContext gb;
38     BlockDSPContext bdsp;
39     int64_t cid;                        ///< compression id
40     unsigned int width, height;
41     unsigned int mb_width, mb_height;
42     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
43     int cur_field;                      ///< current interlaced field
44     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
45     int last_dc[3];
46     IDCTDSPContext idsp;
47     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, blocks)[12][64];
48     ScanTable scantable;
49     const CIDEntry *cid_table;
50     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
51     int is_444;
52     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
53                              int n, int qscale);
54     int last_qscale;
55     int luma_scale[64];
56     int chroma_scale[64];
57 } DNXHDContext;
58
59 #define DNXHD_VLC_BITS 9
60 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
61
62 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
63                                      int n, int qscale);
64 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
65                                       int n, int qscale);
66 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
67                                           int n, int qscale);
68
69 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
70 {
71     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
72
73     ctx->avctx = avctx;
74     ctx->cid = -1;
75     return 0;
76 }
77
78 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, uint32_t cid)
79 {
80     if (cid != ctx->cid) {
81         int index;
82
83         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
84             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
85             return AVERROR(ENOSYS);
86         }
87         if (ff_dnxhd_cid_table[index].bit_depth != ctx->bit_depth) {
88             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "bit depth mismatches %d %d\n", ff_dnxhd_cid_table[index].bit_depth, ctx->bit_depth);
89             return AVERROR_INVALIDDATA;
90         }
91         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
92
93         ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
94         ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
95         ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
96
97         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
98                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
99                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
100         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
101                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
102                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
103         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
104                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
105                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
106
107         ff_init_scantable(ctx->idsp.idct_permutation, &ctx->scantable,
108                           ff_zigzag_direct);
109         ctx->cid = cid;
110     }
111     return 0;
112 }
113
114 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
115                                const uint8_t *buf, int buf_size,
116                                int first_field)
117 {
118     static const uint8_t header_prefix[]    = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
119     static const uint8_t header_prefix444[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x02 };
120     int i, cid, ret;
121
122     if (buf_size < 0x280)
123         return AVERROR_INVALIDDATA;
124
125     if (memcmp(buf, header_prefix, 5) && memcmp(buf, header_prefix444, 5)) {
126         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
127         return AVERROR_INVALIDDATA;
128     }
129     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
130         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
131         frame->interlaced_frame = 1;
132         frame->top_field_first  = first_field ^ ctx->cur_field;
133         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG,
134                "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
135     }
136
137     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
138     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
139
140     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, height %d\n", ctx->width, ctx->height);
141
142     ctx->is_444 = 0;
143     if (buf[0x4] == 0x2) {
144         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV444P10;
145         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
146         if (ctx->bit_depth != 10) {
147             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
148             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
149             ctx->bit_depth = 10;
150             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10_444;
151         }
152         ctx->is_444 = 1;
153     } else if (buf[0x21] & 0x40) {
154         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
155         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
156         if (ctx->bit_depth != 10) {
157             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
158             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
159             ctx->bit_depth = 10;
160             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
161         }
162     } else {
163         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P;
164         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
165         if (ctx->bit_depth != 8) {
166             ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
167             ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
168             ctx->bit_depth = 8;
169             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
170         }
171     }
172
173     cid = AV_RB32(buf + 0x28);
174     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", cid);
175
176     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx, cid)) < 0)
177         return ret;
178
179     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
180         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
181         return AVERROR_INVALIDDATA;
182     }
183
184     ctx->mb_width  = ctx->width >> 4;
185     ctx->mb_height = buf[0x16d];
186
187     av_dlog(ctx->avctx,
188             "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
189
190     if ((ctx->height + 15) >> 4 == ctx->mb_height && frame->interlaced_frame)
191         ctx->height <<= 1;
192
193     if (ctx->mb_height > 68 ||
194         (ctx->mb_height << frame->interlaced_frame) > (ctx->height + 15) >> 4) {
195         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR,
196                "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
197         return AVERROR_INVALIDDATA;
198     }
199
200     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
201         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i << 2));
202         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
203         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280LL) {
204             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
205             return AVERROR_INVALIDDATA;
206         }
207     }
208
209     return 0;
210 }
211
212 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
213                                                     int16_t *block, int n,
214                                                     int qscale,
215                                                     int index_bits,
216                                                     int level_bias,
217                                                     int level_shift)
218 {
219     int i, j, index1, index2, len, flags;
220     int level, component, sign;
221     const int *scale;
222     const uint8_t *weight_matrix;
223     const uint8_t *ac_level = ctx->cid_table->ac_level;
224     const uint8_t *ac_flags = ctx->cid_table->ac_flags;
225     const int eob_index     = ctx->cid_table->eob_index;
226     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
227
228     if (!ctx->is_444) {
229         if (n & 2) {
230             component     = 1 + (n & 1);
231             scale = ctx->chroma_scale;
232             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
233         } else {
234             component     = 0;
235             scale = ctx->luma_scale;
236             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
237         }
238     } else {
239         component = (n >> 1) % 3;
240         if (component) {
241             scale = ctx->chroma_scale;
242             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
243         } else {
244             scale = ctx->luma_scale;
245             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
246         }
247     }
248
249     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
250     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
251     if (len) {
252         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
253         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
254         sign  = ~level >> 31;
255         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
256         ctx->last_dc[component] += level;
257     }
258     block[0] = ctx->last_dc[component];
259
260     i = 0;
261
262     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
263     GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
264             DNXHD_VLC_BITS, 2);
265
266     while (index1 != eob_index) {
267         level = ac_level[index1];
268         flags = ac_flags[index1];
269
270         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
271         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
272
273         if (flags & 1) {
274             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 7;
275             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
276         }
277
278         if (flags & 2) {
279             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
280             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
281                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
282             i += ctx->cid_table->run[index2];
283         }
284
285         if (++i > 63) {
286             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
287             break;
288         }
289
290         j     = ctx->scantable.permutated[i];
291         level *= scale[i];
292         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
293             level += level_bias;
294         level >>= level_shift;
295
296         block[j] = (level ^ sign) - sign;
297
298         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
299         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
300                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
301     }
302
303     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
304 }
305
306 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
307                                      int n, int qscale)
308 {
309     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
310 }
311
312 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
313                                       int n, int qscale)
314 {
315     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
316 }
317
318 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
319                                           int n, int qscale)
320 {
321     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 32, 6);
322 }
323
324 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
325                                    int x, int y)
326 {
327     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
328     int dct_linesize_luma   = frame->linesize[0];
329     int dct_linesize_chroma = frame->linesize[1];
330     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
331     int dct_y_offset, dct_x_offset;
332     int qscale, i;
333
334     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
335     skip_bits1(&ctx->gb);
336
337     if (qscale != ctx->last_qscale) {
338         for (i = 0; i < 64; i++) {
339             ctx->luma_scale[i]   = qscale * ctx->cid_table->luma_weight[i];
340             ctx->chroma_scale[i] = qscale * ctx->cid_table->chroma_weight[i];
341         }
342         ctx->last_qscale = qscale;
343     }
344
345     for (i = 0; i < 8; i++) {
346         ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
347         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
348     }
349     if (ctx->is_444) {
350         for (; i < 12; i++) {
351             ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
352             ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
353         }
354     }
355
356     if (frame->interlaced_frame) {
357         dct_linesize_luma   <<= 1;
358         dct_linesize_chroma <<= 1;
359     }
360
361     dest_y = frame->data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
362     dest_u = frame->data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
363     dest_v = frame->data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
364
365     if (ctx->cur_field) {
366         dest_y += frame->linesize[0];
367         dest_u += frame->linesize[1];
368         dest_v += frame->linesize[2];
369     }
370
371     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
372     dct_x_offset = 8 << shift1;
373     if (!ctx->is_444) {
374         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
375         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
376         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
377         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
378
379         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
380             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
381             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
382             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
383             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
384             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
385         }
386     } else {
387         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
388         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
389         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[6]);
390         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[7]);
391
392         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
393             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
394             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
395             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
396             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[8]);
397             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[9]);
398             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[4]);
399             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[5]);
400             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[10]);
401             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[11]);
402         }
403     }
404
405     return 0;
406 }
407
408 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
409                                     const uint8_t *buf, int buf_size)
410 {
411     int x, y;
412     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
413         ctx->last_dc[0] =
414         ctx->last_dc[1] =
415         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
416         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
417         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
418             //START_TIMER;
419             dnxhd_decode_macroblock(ctx, frame, x, y);
420             //STOP_TIMER("decode macroblock");
421         }
422     }
423     return 0;
424 }
425
426 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
427                               int *got_frame, AVPacket *avpkt)
428 {
429     const uint8_t *buf = avpkt->data;
430     int buf_size = avpkt->size;
431     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
432     ThreadFrame frame = { .f = data };
433     AVFrame *picture = data;
434     int first_field = 1;
435     int ret;
436
437     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
438
439 decode_coding_unit:
440     if ((ret = dnxhd_decode_header(ctx, picture, buf, buf_size, first_field)) < 0)
441         return ret;
442
443     if ((avctx->width || avctx->height) &&
444         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
445         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
446                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
447         first_field = 1;
448     }
449
450     ret = ff_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
451     if (ret < 0)
452         return ret;
453
454     if (first_field) {
455         if ((ret = ff_thread_get_buffer(avctx, &frame, 0)) < 0)
456             return ret;
457         picture->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
458         picture->key_frame = 1;
459     }
460
461     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, picture, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
462
463     if (first_field && picture->interlaced_frame) {
464         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
465         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
466         first_field = 0;
467         goto decode_coding_unit;
468     }
469
470     *got_frame = 1;
471     return avpkt->size;
472 }
473
474 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
475 {
476     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
477
478     ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
479     ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
480     ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
481     return 0;
482 }
483
484 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
485     .name           = "dnxhd",
486     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
487     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
488     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
489     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
490     .init           = dnxhd_decode_init,
491     .close          = dnxhd_decode_close,
492     .decode         = dnxhd_decode_frame,
493     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1 | CODEC_CAP_FRAME_THREADS,
494 };