dnxhddec: optimise dnxhd_decode_dct_block()
[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 Libav.
9  *
10  * Libav 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  * Libav 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 Libav; if not, write to the Free Software
22  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
23  */
24
25 //#define TRACE
26 //#define DEBUG
27
28 #include "libavutil/imgutils.h"
29 #include "avcodec.h"
30 #include "get_bits.h"
31 #include "dnxhddata.h"
32 #include "dsputil.h"
33
34 typedef struct DNXHDContext {
35     AVCodecContext *avctx;
36     AVFrame picture;
37     GetBitContext gb;
38     int cid;                            ///< compression id
39     unsigned int width, height;
40     unsigned int mb_width, mb_height;
41     uint32_t mb_scan_index[68];         /* max for 1080p */
42     int cur_field;                      ///< current interlaced field
43     VLC ac_vlc, dc_vlc, run_vlc;
44     int last_dc[3];
45     DSPContext dsp;
46     DECLARE_ALIGNED(16, DCTELEM, blocks)[8][64];
47     ScanTable scantable;
48     const CIDEntry *cid_table;
49     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
50     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block,
51                              int n, int qscale);
52 } DNXHDContext;
53
54 #define DNXHD_VLC_BITS 9
55 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
56
57 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale);
58 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block, int n, int qscale);
59
60 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
61 {
62     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
63
64     ctx->avctx = avctx;
65     avctx->coded_frame = &ctx->picture;
66     ctx->picture.type = AV_PICTURE_TYPE_I;
67     ctx->picture.key_frame = 1;
68     return 0;
69 }
70
71 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int cid)
72 {
73     if (!ctx->cid_table) {
74         int index;
75
76         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
77             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
78             return -1;
79         }
80         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
81         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
82                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
83                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
84         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
85                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
86                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
87         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
88                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
89                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
90
91         ff_init_scantable(ctx->dsp.idct_permutation, &ctx->scantable, ff_zigzag_direct);
92     }
93     return 0;
94 }
95
96 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, const uint8_t *buf, int buf_size, int first_field)
97 {
98     static const uint8_t header_prefix[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
99     int i;
100
101     if (buf_size < 0x280)
102         return -1;
103
104     if (memcmp(buf, header_prefix, 5)) {
105         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
106         return -1;
107     }
108     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
109         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
110         ctx->picture.interlaced_frame = 1;
111         ctx->picture.top_field_first = first_field ^ ctx->cur_field;
112         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
113     }
114
115     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
116     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
117
118     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, heigth %d\n", ctx->width, ctx->height);
119
120     if (buf[0x21] & 0x40) {
121         ctx->avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV422P10;
122         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
123         if (ctx->bit_depth != 10) {
124             dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
125             ctx->bit_depth = 10;
126             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
127         }
128     } else {
129         ctx->avctx->pix_fmt = PIX_FMT_YUV422P;
130         ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
131         if (ctx->bit_depth != 8) {
132             dsputil_init(&ctx->dsp, ctx->avctx);
133             ctx->bit_depth = 8;
134             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
135         }
136     }
137
138     ctx->cid = AV_RB32(buf + 0x28);
139     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", ctx->cid);
140
141     if (dnxhd_init_vlc(ctx, ctx->cid) < 0)
142         return -1;
143
144     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
145         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size\n");
146         return -1;
147     }
148
149     ctx->mb_width = ctx->width>>4;
150     ctx->mb_height = buf[0x16d];
151
152     av_dlog(ctx->avctx, "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
153
154     if ((ctx->height+15)>>4 == ctx->mb_height && ctx->picture.interlaced_frame)
155         ctx->height <<= 1;
156
157     if (ctx->mb_height > 68 ||
158         (ctx->mb_height<<ctx->picture.interlaced_frame) > (ctx->height+15)>>4) {
159         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
160         return -1;
161     }
162
163     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
164         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i<<2));
165         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
166         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
167             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid mb scan index\n");
168             return -1;
169         }
170     }
171
172     return 0;
173 }
174
175 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
176                                                     DCTELEM *block, int n,
177                                                     int qscale,
178                                                     int index_bits,
179                                                     int level_bias,
180                                                     int level_shift)
181 {
182     int i, j, index1, index2, len;
183     int level, component, sign;
184     const uint8_t *weight_matrix;
185     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
186
187     if (n&2) {
188         component = 1 + (n&1);
189         weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
190     } else {
191         component = 0;
192         weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
193     }
194
195     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
196     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
197     if (len) {
198         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
199         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
200         sign  = ~level >> 31;
201         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
202         ctx->last_dc[component] += level;
203     }
204     block[0] = ctx->last_dc[component];
205     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "dc %d\n", block[0]);
206
207     for (i = 1; ; i++) {
208         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
209         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
210                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
211         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "index %d\n", index1);
212         level = ctx->cid_table->ac_level[index1];
213         if (!level) { /* EOB */
214             //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "EOB\n");
215             break;
216         }
217
218         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
219         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
220
221         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index1]) {
222             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 6;
223             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
224         }
225
226         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index1]) {
227             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
228             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
229                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
230             i += ctx->cid_table->run[index2];
231         }
232
233         if (i > 63) {
234             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
235             break;
236         }
237
238         j = ctx->scantable.permutated[i];
239         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "j %d\n", j);
240         //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "level %d, weight %d\n", level, weight_matrix[i]);
241         level = (2*level+1) * qscale * weight_matrix[i];
242         if (weight_matrix[i] != level_bias)
243             level += level_bias;
244         level >>= level_shift;
245
246         //av_log(NULL, AV_LOG_DEBUG, "i %d, j %d, end level %d\n", i, j, level);
247         block[j] = (level^sign) - sign;
248     }
249
250     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
251 }
252
253 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block,
254                                      int n, int qscale)
255 {
256     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
257 }
258
259 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, DCTELEM *block,
260                                       int n, int qscale)
261 {
262     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
263 }
264
265 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, int x, int y)
266 {
267     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
268     int dct_linesize_luma   = ctx->picture.linesize[0];
269     int dct_linesize_chroma = ctx->picture.linesize[1];
270     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
271     int dct_y_offset, dct_x_offset;
272     int qscale, i;
273
274     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
275     skip_bits1(&ctx->gb);
276     //av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG, "qscale %d\n", qscale);
277
278     for (i = 0; i < 8; i++) {
279         ctx->dsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
280         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
281     }
282
283     if (ctx->picture.interlaced_frame) {
284         dct_linesize_luma   <<= 1;
285         dct_linesize_chroma <<= 1;
286     }
287
288     dest_y = ctx->picture.data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
289     dest_u = ctx->picture.data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
290     dest_v = ctx->picture.data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1));
291
292     if (ctx->cur_field) {
293         dest_y += ctx->picture.linesize[0];
294         dest_u += ctx->picture.linesize[1];
295         dest_v += ctx->picture.linesize[2];
296     }
297
298     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
299     dct_x_offset = 8 << shift1;
300     ctx->dsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
301     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
302     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
303     ctx->dsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
304
305     if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
306         dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
307         ctx->dsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
308         ctx->dsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
309         ctx->dsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
310         ctx->dsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
311     }
312
313     return 0;
314 }
315
316 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, const uint8_t *buf, int buf_size)
317 {
318     int x, y;
319     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
320         ctx->last_dc[0] =
321         ctx->last_dc[1] =
322         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
323         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
324         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
325             //START_TIMER;
326             dnxhd_decode_macroblock(ctx, x, y);
327             //STOP_TIMER("decode macroblock");
328         }
329     }
330     return 0;
331 }
332
333 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data, int *data_size,
334                               AVPacket *avpkt)
335 {
336     const uint8_t *buf = avpkt->data;
337     int buf_size = avpkt->size;
338     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
339     AVFrame *picture = data;
340     int first_field = 1;
341
342     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
343
344  decode_coding_unit:
345     if (dnxhd_decode_header(ctx, buf, buf_size, first_field) < 0)
346         return -1;
347
348     if ((avctx->width || avctx->height) &&
349         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
350         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
351                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
352         first_field = 1;
353     }
354
355     if (av_image_check_size(ctx->width, ctx->height, 0, avctx))
356         return -1;
357     avcodec_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
358
359     if (first_field) {
360         if (ctx->picture.data[0])
361             avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
362         if (avctx->get_buffer(avctx, &ctx->picture) < 0) {
363             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
364             return -1;
365         }
366     }
367
368     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
369
370     if (first_field && ctx->picture.interlaced_frame) {
371         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
372         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
373         first_field = 0;
374         goto decode_coding_unit;
375     }
376
377     *picture = ctx->picture;
378     *data_size = sizeof(AVPicture);
379     return buf_size;
380 }
381
382 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
383 {
384     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
385
386     if (ctx->picture.data[0])
387         avctx->release_buffer(avctx, &ctx->picture);
388     free_vlc(&ctx->ac_vlc);
389     free_vlc(&ctx->dc_vlc);
390     free_vlc(&ctx->run_vlc);
391     return 0;
392 }
393
394 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
395     "dnxhd",
396     AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
397     CODEC_ID_DNXHD,
398     sizeof(DNXHDContext),
399     dnxhd_decode_init,
400     NULL,
401     dnxhd_decode_close,
402     dnxhd_decode_frame,
403     CODEC_CAP_DR1,
404     .long_name = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
405 };