9b1e48158deb28689991fc3355695359ec6f75b3
[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 #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
34 typedef struct DNXHDContext {
35     AVCodecContext *avctx;
36     GetBitContext gb;
37     BlockDSPContext bdsp;
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     IDCTDSPContext idsp;
46     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, blocks)[12][64];
47     ScanTable scantable;
48     const CIDEntry *cid_table;
49     int bit_depth; // 8, 10 or 0 if not initialized at all.
50     int is_444;
51     void (*decode_dct_block)(struct DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
52                              int n, int qscale);
53 } DNXHDContext;
54
55 #define DNXHD_VLC_BITS 9
56 #define DNXHD_DC_VLC_BITS 7
57
58 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
59                                      int n, int qscale);
60 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
61                                       int n, int qscale);
62 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
63                                           int n, int qscale);
64
65 static av_cold int dnxhd_decode_init(AVCodecContext *avctx)
66 {
67     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
68
69     ctx->avctx = avctx;
70     return 0;
71 }
72
73 static int dnxhd_init_vlc(DNXHDContext *ctx, int cid)
74 {
75     if (cid != ctx->cid) {
76         int index;
77
78         if ((index = ff_dnxhd_get_cid_table(cid)) < 0) {
79             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "unsupported cid %d\n", cid);
80             return AVERROR(ENOSYS);
81         }
82         ctx->cid_table = &ff_dnxhd_cid_table[index];
83
84         ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
85         ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
86         ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
87
88         init_vlc(&ctx->ac_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 257,
89                  ctx->cid_table->ac_bits, 1, 1,
90                  ctx->cid_table->ac_codes, 2, 2, 0);
91         init_vlc(&ctx->dc_vlc, DNXHD_DC_VLC_BITS, ctx->bit_depth + 4,
92                  ctx->cid_table->dc_bits, 1, 1,
93                  ctx->cid_table->dc_codes, 1, 1, 0);
94         init_vlc(&ctx->run_vlc, DNXHD_VLC_BITS, 62,
95                  ctx->cid_table->run_bits, 1, 1,
96                  ctx->cid_table->run_codes, 2, 2, 0);
97
98         ff_init_scantable(ctx->idsp.idct_permutation, &ctx->scantable,
99                           ff_zigzag_direct);
100         ctx->cid = cid;
101     }
102     return 0;
103 }
104
105 static int dnxhd_decode_header(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
106                                const uint8_t *buf, int buf_size,
107                                int first_field)
108 {
109     static const uint8_t header_prefix[]    = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x01 };
110     static const uint8_t header_prefix444[] = { 0x00, 0x00, 0x02, 0x80, 0x02 };
111     int i, cid, ret;
112
113     if (buf_size < 0x280) {
114         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "buffer too small (%d < 640).\n",
115                buf_size);
116         return AVERROR_INVALIDDATA;
117     }
118
119     if (memcmp(buf, header_prefix, 5) && memcmp(buf, header_prefix444, 5)) {
120         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "error in header\n");
121         return AVERROR_INVALIDDATA;
122     }
123     if (buf[5] & 2) { /* interlaced */
124         ctx->cur_field = buf[5] & 1;
125         frame->interlaced_frame = 1;
126         frame->top_field_first  = first_field ^ ctx->cur_field;
127         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_DEBUG,
128                "interlaced %d, cur field %d\n", buf[5] & 3, ctx->cur_field);
129     }
130
131     ctx->height = AV_RB16(buf + 0x18);
132     ctx->width  = AV_RB16(buf + 0x1a);
133
134     av_dlog(ctx->avctx, "width %d, height %d\n", ctx->width, ctx->height);
135
136     if (!ctx->bit_depth) {
137         ff_blockdsp_init(&ctx->bdsp, ctx->avctx);
138         ff_idctdsp_init(&ctx->idsp, ctx->avctx);
139     }
140     if (buf[0x21] == 0x58) { /* 10 bit */
141         ctx->bit_depth = ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 10;
142
143         if (buf[0x4] == 0x2) {
144             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10_444;
145             ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV444P10;
146             ctx->is_444 = 1;
147         } else {
148             ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_10;
149             ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P10;
150         }
151     } else if (buf[0x21] == 0x38) { /* 8 bit */
152         ctx->bit_depth = ctx->avctx->bits_per_raw_sample = 8;
153
154         ctx->avctx->pix_fmt = AV_PIX_FMT_YUV422P;
155         ctx->decode_dct_block = dnxhd_decode_dct_block_8;
156     } else {
157         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "invalid bit depth value (%d).\n",
158                buf[0x21]);
159         return AVERROR_INVALIDDATA;
160     }
161
162     cid = AV_RB32(buf + 0x28);
163     av_dlog(ctx->avctx, "compression id %d\n", cid);
164
165     if ((ret = dnxhd_init_vlc(ctx, cid)) < 0)
166         return ret;
167
168     if (buf_size < ctx->cid_table->coding_unit_size) {
169         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "incorrect frame size (%d < %d).\n",
170                buf_size, ctx->cid_table->coding_unit_size);
171         return AVERROR_INVALIDDATA;
172     }
173
174     ctx->mb_width  = ctx->width >> 4;
175     ctx->mb_height = buf[0x16d];
176
177     av_dlog(ctx->avctx,
178             "mb width %d, mb height %d\n", ctx->mb_width, ctx->mb_height);
179
180     if ((ctx->height + 15) >> 4 == ctx->mb_height && frame->interlaced_frame)
181         ctx->height <<= 1;
182
183     if (ctx->mb_height > 68 ||
184         (ctx->mb_height << frame->interlaced_frame) > (ctx->height + 15) >> 4) {
185         av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR,
186                "mb height too big: %d\n", ctx->mb_height);
187         return AVERROR_INVALIDDATA;
188     }
189
190     for (i = 0; i < ctx->mb_height; i++) {
191         ctx->mb_scan_index[i] = AV_RB32(buf + 0x170 + (i << 2));
192         av_dlog(ctx->avctx, "mb scan index %d\n", ctx->mb_scan_index[i]);
193         if (buf_size < ctx->mb_scan_index[i] + 0x280) {
194             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR,
195                    "invalid mb scan index (%d < %d).\n",
196                    buf_size, ctx->mb_scan_index[i] + 0x280);
197             return AVERROR_INVALIDDATA;
198         }
199     }
200
201     return 0;
202 }
203
204 static av_always_inline void dnxhd_decode_dct_block(DNXHDContext *ctx,
205                                                     int16_t *block, int n,
206                                                     int qscale,
207                                                     int index_bits,
208                                                     int level_bias,
209                                                     int level_shift)
210 {
211     int i, j, index1, index2, len;
212     int level, component, sign;
213     const uint8_t *weight_matrix;
214     OPEN_READER(bs, &ctx->gb);
215
216     if (!ctx->is_444) {
217         if (n & 2) {
218             component     = 1 + (n & 1);
219             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
220         } else {
221             component     = 0;
222             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
223         }
224     } else {
225         component = (n >> 1) % 3;
226         if (component) {
227             weight_matrix = ctx->cid_table->chroma_weight;
228         } else {
229             weight_matrix = ctx->cid_table->luma_weight;
230         }
231     }
232
233     UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
234     GET_VLC(len, bs, &ctx->gb, ctx->dc_vlc.table, DNXHD_DC_VLC_BITS, 1);
235     if (len) {
236         level = GET_CACHE(bs, &ctx->gb);
237         LAST_SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, len);
238         sign  = ~level >> 31;
239         level = (NEG_USR32(sign ^ level, len) ^ sign) - sign;
240         ctx->last_dc[component] += level;
241     }
242     block[0] = ctx->last_dc[component];
243
244     for (i = 1; ; i++) {
245         UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
246         GET_VLC(index1, bs, &ctx->gb, ctx->ac_vlc.table,
247                 DNXHD_VLC_BITS, 2);
248         level = ctx->cid_table->ac_level[index1];
249         if (!level) /* EOB */
250             break;
251
252         sign = SHOW_SBITS(bs, &ctx->gb, 1);
253         SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, 1);
254
255         if (ctx->cid_table->ac_index_flag[index1]) {
256             level += SHOW_UBITS(bs, &ctx->gb, index_bits) << 6;
257             SKIP_BITS(bs, &ctx->gb, index_bits);
258         }
259
260         if (ctx->cid_table->ac_run_flag[index1]) {
261             UPDATE_CACHE(bs, &ctx->gb);
262             GET_VLC(index2, bs, &ctx->gb, ctx->run_vlc.table,
263                     DNXHD_VLC_BITS, 2);
264             i += ctx->cid_table->run[index2];
265         }
266
267         if (i > 63) {
268             av_log(ctx->avctx, AV_LOG_ERROR, "ac tex damaged %d, %d\n", n, i);
269             break;
270         }
271
272         j     = ctx->scantable.permutated[i];
273         level = (2 * level + 1) * qscale * weight_matrix[i];
274         if (level_bias < 32 || weight_matrix[i] != level_bias)
275             level += level_bias;
276         level >>= level_shift;
277
278         block[j] = (level ^ sign) - sign;
279     }
280
281     CLOSE_READER(bs, &ctx->gb);
282 }
283
284 static void dnxhd_decode_dct_block_8(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
285                                      int n, int qscale)
286 {
287     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 4, 32, 6);
288 }
289
290 static void dnxhd_decode_dct_block_10(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
291                                       int n, int qscale)
292 {
293     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 8, 4);
294 }
295
296 static void dnxhd_decode_dct_block_10_444(DNXHDContext *ctx, int16_t *block,
297                                           int n, int qscale)
298 {
299     dnxhd_decode_dct_block(ctx, block, n, qscale, 6, 32, 6);
300 }
301
302 static int dnxhd_decode_macroblock(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
303                                    int x, int y)
304 {
305     int shift1 = ctx->bit_depth == 10;
306     int dct_linesize_luma   = frame->linesize[0];
307     int dct_linesize_chroma = frame->linesize[1];
308     uint8_t *dest_y, *dest_u, *dest_v;
309     int dct_y_offset, dct_x_offset;
310     int qscale, i;
311
312     qscale = get_bits(&ctx->gb, 11);
313     skip_bits1(&ctx->gb);
314
315     for (i = 0; i < 8; i++) {
316         ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
317         ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
318     }
319     if (ctx->is_444) {
320         for (; i < 12; i++) {
321             ctx->bdsp.clear_block(ctx->blocks[i]);
322             ctx->decode_dct_block(ctx, ctx->blocks[i], i, qscale);
323         }
324     }
325
326     if (frame->interlaced_frame) {
327         dct_linesize_luma   <<= 1;
328         dct_linesize_chroma <<= 1;
329     }
330
331     dest_y = frame->data[0] + ((y * dct_linesize_luma)   << 4) + (x << (4 + shift1));
332     dest_u = frame->data[1] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
333     dest_v = frame->data[2] + ((y * dct_linesize_chroma) << 4) + (x << (3 + shift1 + ctx->is_444));
334
335     if (ctx->cur_field) {
336         dest_y += frame->linesize[0];
337         dest_u += frame->linesize[1];
338         dest_v += frame->linesize[2];
339     }
340
341     dct_y_offset = dct_linesize_luma << 3;
342     dct_x_offset = 8 << shift1;
343     if (!ctx->is_444) {
344         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
345         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
346         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[4]);
347         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[5]);
348
349         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
350             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
351             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
352             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
353             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[6]);
354             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[7]);
355         }
356     } else {
357         ctx->idsp.idct_put(dest_y,                               dct_linesize_luma, ctx->blocks[0]);
358         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_x_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[1]);
359         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset,                dct_linesize_luma, ctx->blocks[6]);
360         ctx->idsp.idct_put(dest_y + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_luma, ctx->blocks[7]);
361
362         if (!(ctx->avctx->flags & CODEC_FLAG_GRAY)) {
363             dct_y_offset = dct_linesize_chroma << 3;
364             ctx->idsp.idct_put(dest_u,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[2]);
365             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[3]);
366             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[8]);
367             ctx->idsp.idct_put(dest_u + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[9]);
368             ctx->idsp.idct_put(dest_v,                               dct_linesize_chroma, ctx->blocks[4]);
369             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_x_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[5]);
370             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset,                dct_linesize_chroma, ctx->blocks[10]);
371             ctx->idsp.idct_put(dest_v + dct_y_offset + dct_x_offset, dct_linesize_chroma, ctx->blocks[11]);
372         }
373     }
374
375     return 0;
376 }
377
378 static int dnxhd_decode_macroblocks(DNXHDContext *ctx, AVFrame *frame,
379                                     const uint8_t *buf, int buf_size)
380 {
381     int x, y;
382     for (y = 0; y < ctx->mb_height; y++) {
383         ctx->last_dc[0] =
384         ctx->last_dc[1] =
385         ctx->last_dc[2] = 1 << (ctx->bit_depth + 2); // for levels +2^(bitdepth-1)
386         init_get_bits(&ctx->gb, buf + ctx->mb_scan_index[y], (buf_size - ctx->mb_scan_index[y]) << 3);
387         for (x = 0; x < ctx->mb_width; x++) {
388             //START_TIMER;
389             dnxhd_decode_macroblock(ctx, frame, x, y);
390             //STOP_TIMER("decode macroblock");
391         }
392     }
393     return 0;
394 }
395
396 static int dnxhd_decode_frame(AVCodecContext *avctx, void *data,
397                               int *got_frame, AVPacket *avpkt)
398 {
399     const uint8_t *buf = avpkt->data;
400     int buf_size = avpkt->size;
401     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
402     AVFrame *picture = data;
403     int first_field = 1;
404     int ret;
405
406     av_dlog(avctx, "frame size %d\n", buf_size);
407
408 decode_coding_unit:
409     if ((ret = dnxhd_decode_header(ctx, picture, buf, buf_size, first_field)) < 0)
410         return ret;
411
412     if ((avctx->width || avctx->height) &&
413         (ctx->width != avctx->width || ctx->height != avctx->height)) {
414         av_log(avctx, AV_LOG_WARNING, "frame size changed: %dx%d -> %dx%d\n",
415                avctx->width, avctx->height, ctx->width, ctx->height);
416         first_field = 1;
417     }
418
419     ret = ff_set_dimensions(avctx, ctx->width, ctx->height);
420     if (ret < 0)
421         return ret;
422
423     if (first_field) {
424         if ((ret = ff_get_buffer(avctx, picture, 0)) < 0) {
425             av_log(avctx, AV_LOG_ERROR, "get_buffer() failed\n");
426             return ret;
427         }
428         picture->pict_type = AV_PICTURE_TYPE_I;
429         picture->key_frame = 1;
430     }
431
432     dnxhd_decode_macroblocks(ctx, picture, buf + 0x280, buf_size - 0x280);
433
434     if (first_field && picture->interlaced_frame) {
435         buf      += ctx->cid_table->coding_unit_size;
436         buf_size -= ctx->cid_table->coding_unit_size;
437         first_field = 0;
438         goto decode_coding_unit;
439     }
440
441     *got_frame = 1;
442     return buf_size;
443 }
444
445 static av_cold int dnxhd_decode_close(AVCodecContext *avctx)
446 {
447     DNXHDContext *ctx = avctx->priv_data;
448
449     ff_free_vlc(&ctx->ac_vlc);
450     ff_free_vlc(&ctx->dc_vlc);
451     ff_free_vlc(&ctx->run_vlc);
452     return 0;
453 }
454
455 AVCodec ff_dnxhd_decoder = {
456     .name           = "dnxhd",
457     .long_name      = NULL_IF_CONFIG_SMALL("VC3/DNxHD"),
458     .type           = AVMEDIA_TYPE_VIDEO,
459     .id             = AV_CODEC_ID_DNXHD,
460     .priv_data_size = sizeof(DNXHDContext),
461     .init           = dnxhd_decode_init,
462     .close          = dnxhd_decode_close,
463     .decode         = dnxhd_decode_frame,
464     .capabilities   = CODEC_CAP_DR1,
465 };