b11801204099ddba1e828c3a916e4e4873d7b9dc
[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 av_always_inline void FUNC(intra_pred)(HEVCContext *s, int x0, int y0,
32                                               int log2_size, int c_idx)
33 {
34 #define PU(x) \
35     ((x) >> s->sps->log2_min_pu_size)
36 #define MVF(x, y) \
37     (s->ref->tab_mvf[(x) + (y) * min_pu_width])
38 #define MVF_PU(x, y) \
39     MVF(PU(x0 + ((x) << hshift)), PU(y0 + ((y) << vshift)))
40 #define IS_INTRA(x, y) \
41     MVF_PU(x, y).is_intra
42 #define MIN_TB_ADDR_ZS(x, y) \
43     s->pps->min_tb_addr_zs[(y) * s->sps->min_tb_width + (x)]
44
45 #define EXTEND(ptr, val, len)         \
46 do {                                  \
47     pixel4 pix = PIXEL_SPLAT_X4(val); \
48     for (i = 0; i < (len); i += 4)    \
49         AV_WN4P(ptr + i, pix);        \
50 } while (0)
51
52 #define EXTEND_LEFT_CIP(ptr, start, length) \
53         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
54             if (!IS_INTRA(i - 1, -1)) \
55                 ptr[i - 1] = ptr[i]
56 #define EXTEND_RIGHT_CIP(ptr, start, length) \
57         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
58             if (!IS_INTRA(i, -1)) \
59                 ptr[i] = ptr[i - 1]
60 #define EXTEND_UP_CIP(ptr, start, length) \
61         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
62             if (!IS_INTRA(-1, i - 1)) \
63                 ptr[i - 1] = ptr[i]
64 #define EXTEND_UP_CIP_0(ptr, start, length) \
65         for (i = (start); i > (start) - (length); i--) \
66             ptr[i - 1] = ptr[i]
67 #define EXTEND_DOWN_CIP(ptr, start, length) \
68         for (i = (start); i < (start) + (length); i++) \
69             if (!IS_INTRA(-1, i)) \
70                 ptr[i] = ptr[i - 1]
71     HEVCLocalContext *lc = &s->HEVClc;
72     int i;
73     int hshift = s->sps->hshift[c_idx];
74     int vshift = s->sps->vshift[c_idx];
75     int size = (1 << log2_size);
76     int size_in_luma = size << hshift;
77     int size_in_tbs = size_in_luma >> s->sps->log2_min_tb_size;
78     int x = x0 >> hshift;
79     int y = y0 >> vshift;
80     int x_tb = x0 >> s->sps->log2_min_tb_size;
81     int y_tb = y0 >> s->sps->log2_min_tb_size;
82     int cur_tb_addr = MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb, y_tb);
83
84     ptrdiff_t stride = s->frame->linesize[c_idx] / sizeof(pixel);
85     pixel *src = (pixel*)s->frame->data[c_idx] + x + y * stride;
86
87     int min_pu_width = s->sps->min_pu_width;
88
89     enum IntraPredMode mode = c_idx ? lc->pu.intra_pred_mode_c :
90                               lc->tu.cur_intra_pred_mode;
91
92     pixel left_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
93     pixel filtered_left_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
94     pixel top_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
95     pixel filtered_top_array[2 * MAX_TB_SIZE + 1];
96
97     pixel *left          = left_array + 1;
98     pixel *top           = top_array  + 1;
99     pixel *filtered_left = filtered_left_array + 1;
100     pixel *filtered_top  = filtered_top_array  + 1;
101
102     int cand_bottom_left = lc->na.cand_bottom_left && cur_tb_addr > MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb - 1, y_tb + size_in_tbs);
103     int cand_left        = lc->na.cand_left;
104     int cand_up_left     = lc->na.cand_up_left;
105     int cand_up          = lc->na.cand_up;
106     int cand_up_right    = lc->na.cand_up_right && cur_tb_addr > MIN_TB_ADDR_ZS(x_tb + size_in_tbs, y_tb - 1);
107
108     int bottom_left_size = (FFMIN(y0 + 2 * size_in_luma, s->sps->height) -
109                             (y0 + size_in_luma)) >> vshift;
110     int top_right_size   = (FFMIN(x0 + 2 * size_in_luma, s->sps->width) -
111                             (x0 + size_in_luma)) >> hshift;
112
113     if (s->pps->constrained_intra_pred_flag == 1) {
114         int size_in_luma_pu = PU(size_in_luma);
115         int on_pu_edge_x    = !(x0 & ((1 << s->sps->log2_min_pu_size) - 1));
116         int on_pu_edge_y    = !(y0 & ((1 << s->sps->log2_min_pu_size) - 1));
117         if (!size_in_luma_pu)
118             size_in_luma_pu++;
119         if (cand_bottom_left == 1 && on_pu_edge_x) {
120             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
121             int y_bottom_pu = PU(y0 + size_in_luma);
122             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_height - y_bottom_pu);
123             cand_bottom_left = 0;
124             for (i = 0; i < max; i++)
125                 cand_bottom_left |= MVF(x_left_pu, y_bottom_pu + i).is_intra;
126         }
127         if (cand_left == 1 && on_pu_edge_x) {
128             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
129             int y_left_pu   = PU(y0);
130             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_height - y_left_pu);
131             cand_left = 0;
132             for (i = 0; i < max; i++)
133                 cand_left |= MVF(x_left_pu, y_left_pu + i).is_intra;
134         }
135         if (cand_up_left == 1) {
136             int x_left_pu   = PU(x0 - 1);
137             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
138             cand_up_left = MVF(x_left_pu, y_top_pu).is_intra;
139         }
140         if (cand_up == 1 && on_pu_edge_y) {
141             int x_top_pu    = PU(x0);
142             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
143             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_width - x_top_pu);
144             cand_up = 0;
145             for (i = 0; i < max; i++)
146                 cand_up |= MVF(x_top_pu + i, y_top_pu).is_intra;
147         }
148         if (cand_up_right == 1 && on_pu_edge_y) {
149             int y_top_pu    = PU(y0 - 1);
150             int x_right_pu  = PU(x0 + size_in_luma);
151             int max = FFMIN(size_in_luma_pu, s->sps->min_pu_width - x_right_pu);
152             cand_up_right = 0;
153             for (i = 0; i < max; i++)
154                 cand_up_right |= MVF(x_right_pu + i, y_top_pu).is_intra;
155         }
156         for (i = 0; i < 2 * MAX_TB_SIZE; i++) {
157             left[i] = 128;
158             top[i]  = 128;
159         }
160     }
161     if (cand_bottom_left) {
162         for (i = size + bottom_left_size; i < (size << 1); i++)
163             if (IS_INTRA(-1, size + bottom_left_size - 1) ||
164                 !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
165                 left[i] = POS(-1, size + bottom_left_size - 1);
166         for (i = size + bottom_left_size - 1; i >= size; i--)
167             if (IS_INTRA(-1, i) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
168                 left[i] = POS(-1, i);
169     }
170     if (cand_left)
171         for (i = size - 1; i >= 0; i--)
172             if (IS_INTRA(-1, i) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
173                 left[i] = POS(-1, i);
174     if (cand_up_left)
175         if (IS_INTRA(-1, -1) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag) {
176             left[-1] = POS(-1, -1);
177             top[-1]  = left[-1];
178         }
179     if (cand_up)
180         for (i = size - 1; i >= 0; i--)
181             if (IS_INTRA(i, -1) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
182                 top[i] = POS(i, -1);
183     if (cand_up_right) {
184         for (i = size + top_right_size; i < (size << 1); i++)
185             if (IS_INTRA(size + top_right_size - 1, -1) ||
186                 !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
187                 top[i] = POS(size + top_right_size - 1, -1);
188         for (i = size + top_right_size - 1; i >= size; i--)
189             if (IS_INTRA(i, -1) || !s->pps->constrained_intra_pred_flag)
190                 top[i] = POS(i, -1);
191     }
192
193     if (s->pps->constrained_intra_pred_flag == 1) {
194         if (cand_bottom_left || cand_left || cand_up_left || cand_up || cand_up_right) {
195             int size_max_x = x0 + ((2 * size) << hshift) < s->sps->width ?
196                                     2 * size : (s->sps->width - x0) >> hshift;
197             int size_max_y = y0 + ((2 * size) << vshift) < s->sps->height ?
198                                     2 * size : (s->sps->height - y0) >> vshift;
199             int j = size + (cand_bottom_left? bottom_left_size: 0) -1;
200             if (!cand_up_right) {
201                 size_max_x = x0 + ((size) << hshift) < s->sps->width ?
202                                                     size : (s->sps->width - x0) >> hshift;
203             }
204             if (!cand_bottom_left) {
205                 size_max_y = y0 + (( size) << vshift) < s->sps->height ?
206                                                      size : (s->sps->height - y0) >> vshift;
207             }
208             if (cand_bottom_left || cand_left || cand_up_left) {
209                 while (j > -1 && !IS_INTRA(-1, j))
210                     j--;
211                 if (!IS_INTRA(-1, j)) {
212                     j = 0;
213                     while (j < size_max_x && !IS_INTRA(j, -1))
214                         j++;
215                     EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j + 1);
216                     left[-1] = top[-1];
217                     j        = 0;
218                 }
219             } else {
220                 j = 0;
221                 while (j < size_max_x && !IS_INTRA(j, -1))
222                     j++;
223                 if (j > 0)
224                     if (x0 > 0) {
225                         EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j + 1);
226                     } else {
227                         EXTEND_LEFT_CIP(top, j, j);
228                         top[-1] = top[0];
229                     }
230                 left[-1] = top[-1];
231                 j        = 0;
232             }
233             if (cand_bottom_left || cand_left) {
234                 EXTEND_DOWN_CIP(left, j, size_max_y - j);
235             }
236             if (!cand_left)
237                 EXTEND(left, left[-1], size);
238             if (!cand_bottom_left)
239                 EXTEND(left + size, left[size - 1], size);
240             if (x0 != 0 && y0 != 0) {
241                 EXTEND_UP_CIP(left, size_max_y - 1, size_max_y);
242             } else if (x0 == 0) {
243                 EXTEND_UP_CIP_0(left, size_max_y - 1, size_max_y);
244             } else {
245                 EXTEND_UP_CIP(left, size_max_y - 1, size_max_y - 1);
246             }
247             top[-1] = left[-1];
248             if (y0 != 0) {
249                 EXTEND_RIGHT_CIP(top, 0, size_max_x);
250             }
251         }
252     }
253     // Infer the unavailable samples
254     if (!cand_bottom_left) {
255         if (cand_left) {
256             EXTEND(left + size, left[size - 1], size);
257         } else if (cand_up_left) {
258             EXTEND(left, left[-1], 2 * size);
259             cand_left = 1;
260         } else if (cand_up) {
261             left[-1] = top[0];
262             EXTEND(left, left[-1], 2 * size);
263             cand_up_left = 1;
264             cand_left    = 1;
265         } else if (cand_up_right) {
266             EXTEND(top, top[size], size);
267             left[-1] = top[size];
268             EXTEND(left, left[-1], 2 * size);
269             cand_up      = 1;
270             cand_up_left = 1;
271             cand_left    = 1;
272         } else { // No samples available
273             left[-1] = (1 << (BIT_DEPTH - 1));
274             EXTEND(top,  left[-1], 2 * size);
275             EXTEND(left, left[-1], 2 * size);
276         }
277     }
278
279     if (!cand_left)
280         EXTEND(left, left[size], size);
281     if (!cand_up_left) {
282         left[-1] = left[0];
283     }
284     if (!cand_up)
285         EXTEND(top, left[-1], size);
286     if (!cand_up_right)
287         EXTEND(top + size, top[size - 1], size);
288
289     top[-1] = left[-1];
290
291     // Filtering process
292     if (c_idx == 0 && mode != INTRA_DC && size != 4) {
293         int intra_hor_ver_dist_thresh[] = { 7, 1, 0 };
294         int min_dist_vert_hor = FFMIN(FFABS((int)mode - 26),
295                                       FFABS((int)mode - 10));
296         if (min_dist_vert_hor > intra_hor_ver_dist_thresh[log2_size - 3]) {
297             int threshold = 1 << (BIT_DEPTH - 5);
298             if (s->sps->sps_strong_intra_smoothing_enable_flag &&
299                 log2_size == 5 &&
300                 FFABS(top[-1]  + top[63]  - 2 * top[31])  < threshold &&
301                 FFABS(left[-1] + left[63] - 2 * left[31]) < threshold) {
302                 // We can't just overwrite values in top because it could be
303                 // a pointer into src
304                 filtered_top[-1] = top[-1];
305                 filtered_top[63] = top[63];
306                 for (i = 0; i < 63; i++)
307                     filtered_top[i] = ((64 - (i + 1)) * top[-1] +
308                                              (i + 1)  * top[63] + 32) >> 6;
309                 for (i = 0; i < 63; i++)
310                     left[i] = ((64 - (i + 1)) * left[-1] +
311                                      (i + 1)  * left[63] + 32) >> 6;
312                 top = filtered_top;
313             } else {
314                 filtered_left[2 * size - 1] = left[2 * size - 1];
315                 filtered_top[2 * size - 1]  = top[2 * size - 1];
316                 for (i = 2 * size - 2; i >= 0; i--)
317                     filtered_left[i] = (left[i + 1] + 2 * left[i] +
318                                         left[i - 1] + 2) >> 2;
319                 filtered_top[-1]  =
320                 filtered_left[-1] = (left[0] + 2 * left[-1] + top[0] + 2) >> 2;
321                 for (i = 2 * size - 2; i >= 0; i--)
322                     filtered_top[i] = (top[i + 1] + 2 * top[i] +
323                                        top[i - 1] + 2) >> 2;
324                 left = filtered_left;
325                 top  = filtered_top;
326             }
327         }
328     }
329
330     switch (mode) {
331     case INTRA_PLANAR:
332         s->hpc.pred_planar[log2_size - 2]((uint8_t *)src, (uint8_t *)top,
333                                           (uint8_t *)left, stride);
334         break;
335     case INTRA_DC:
336         s->hpc.pred_dc((uint8_t *)src, (uint8_t *)top,
337                        (uint8_t *)left, stride, log2_size, c_idx);
338         break;
339     default:
340         s->hpc.pred_angular[log2_size - 2]((uint8_t *)src, (uint8_t *)top,
341                                            (uint8_t *)left, stride, c_idx,
342                                            mode);
343         break;
344     }
345 }
346
347 #define INTRA_PRED(size)                                                            \
348 static void FUNC(intra_pred_ ## size)(HEVCContext *s, int x0, int y0, int c_idx)    \
349 {                                                                                   \
350     FUNC(intra_pred)(s, x0, y0, size, c_idx);                                       \
351 }
352
353 INTRA_PRED(2)
354 INTRA_PRED(3)
355 INTRA_PRED(4)
356 INTRA_PRED(5)
357
358 #undef INTRA_PRED
359
360 static av_always_inline void FUNC(pred_planar)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
361                                   const uint8_t *_left, ptrdiff_t stride,
362                                   int trafo_size)
363 {
364     int x, y;
365     pixel *src        = (pixel *)_src;
366     const pixel *top  = (const pixel *)_top;
367     const pixel *left = (const pixel *)_left;
368     int size = 1 << trafo_size;
369     for (y = 0; y < size; y++)
370         for (x = 0; x < size; x++)
371             POS(x, y) = ((size - 1 - x) * left[y] + (x + 1) * top[size]  +
372                          (size - 1 - y) * top[x]  + (y + 1) * left[size] + size) >> (trafo_size + 1);
373 }
374
375 #define PRED_PLANAR(size)\
376 static void FUNC(pred_planar_ ## size)(uint8_t *src, const uint8_t *top,        \
377                                        const uint8_t *left, ptrdiff_t stride)   \
378 {                                                                               \
379     FUNC(pred_planar)(src, top, left, stride, size + 2);                        \
380 }
381
382 PRED_PLANAR(0)
383 PRED_PLANAR(1)
384 PRED_PLANAR(2)
385 PRED_PLANAR(3)
386
387 #undef PRED_PLANAR
388
389 static void FUNC(pred_dc)(uint8_t *_src, const uint8_t *_top,
390                           const uint8_t *_left,
391                           ptrdiff_t stride, int log2_size, int c_idx)
392 {
393     int i, j, x, y;
394     int size          = (1 << log2_size);
395     pixel *src        = (pixel *)_src;
396     const pixel *top  = (const pixel *)_top;
397     const pixel *left = (const pixel *)_left;
398     int dc            = size;
399     pixel4 a;
400     for (i = 0; i < size; i++)
401         dc += left[i] + top[i];
402
403     dc >>= log2_size + 1;
404
405     a = PIXEL_SPLAT_X4(dc);
406
407     for (i = 0; i < size; i++)
408         for (j = 0; j < size / 4; j++)
409             AV_WN4PA(&POS(j * 4, i), a);
410
411     if (c_idx == 0 && size < 32) {
412         POS(0, 0) = (left[0] + 2 * dc + top[0] + 2) >> 2;
413         for (x = 1; x < size; x++)
414             POS(x, 0) = (top[x] + 3 * dc + 2) >> 2;
415         for (y = 1; y < size; y++)
416             POS(0, y) = (left[y] + 3 * dc + 2) >> 2;
417     }
418 }
419
420 static av_always_inline void FUNC(pred_angular)(uint8_t *_src,
421                                                 const uint8_t *_top,
422                                                 const uint8_t *_left,
423                                                 ptrdiff_t stride, int c_idx,
424                                                 int mode, int size)
425 {
426     int x, y;
427     pixel *src        = (pixel *)_src;
428     const pixel *top  = (const pixel *)_top;
429     const pixel *left = (const pixel *)_left;
430
431     static const int intra_pred_angle[] = {
432          32,  26,  21,  17, 13,  9,  5, 2, 0, -2, -5, -9, -13, -17, -21, -26, -32,
433         -26, -21, -17, -13, -9, -5, -2, 0, 2,  5,  9, 13,  17,  21,  26,  32
434     };
435     static const int inv_angle[] = {
436         -4096, -1638, -910, -630, -482, -390, -315, -256, -315, -390, -482,
437         -630, -910, -1638, -4096
438     };
439
440     int angle = intra_pred_angle[mode - 2];
441     pixel ref_array[3 * MAX_TB_SIZE + 1];
442     pixel *ref_tmp = ref_array + size;
443     const pixel *ref;
444     int last = (size * angle) >> 5;
445
446     if (mode >= 18) {
447         ref = top - 1;
448         if (angle < 0 && last < -1) {
449             for (x = 0; x <= size; x++)
450                 ref_tmp[x] = top[x - 1];
451             for (x = last; x <= -1; x++)
452                 ref_tmp[x] = left[-1 + ((x * inv_angle[mode - 11] + 128) >> 8)];
453             ref = ref_tmp;
454         }
455
456         for (y = 0; y < size; y++) {
457             int idx  = ((y + 1) * angle) >> 5;
458             int fact = ((y + 1) * angle) & 31;
459             if (fact) {
460                 for (x = 0; x < size; x++) {
461                     POS(x, y) = ((32 - fact) * ref[x + idx + 1] +
462                                        fact  * ref[x + idx + 2] + 16) >> 5;
463                 }
464             } else {
465                 for (x = 0; x < size; x++)
466                     POS(x, y) = ref[x + idx + 1];
467             }
468         }
469         if (mode == 26 && c_idx == 0 && size < 32) {
470             for (y = 0; y < size; y++)
471                 POS(0, y) = av_clip_pixel(top[0] + ((left[y] - left[-1]) >> 1));
472         }
473     } else {
474         ref = left - 1;
475         if (angle < 0 && last < -1) {
476             for (x = 0; x <= size; x++)
477                 ref_tmp[x] = left[x - 1];
478             for (x = last; x <= -1; x++)
479                 ref_tmp[x] = top[-1 + ((x * inv_angle[mode - 11] + 128) >> 8)];
480             ref = ref_tmp;
481         }
482
483         for (x = 0; x < size; x++) {
484             int idx  = ((x + 1) * angle) >> 5;
485             int fact = ((x + 1) * angle) & 31;
486             if (fact) {
487                 for (y = 0; y < size; y++) {
488                     POS(x, y) = ((32 - fact) * ref[y + idx + 1] +
489                                        fact  * ref[y + idx + 2] + 16) >> 5;
490                 }
491             } else {
492                 for (y = 0; y < size; y++)
493                     POS(x, y) = ref[y + idx + 1];
494             }
495         }
496         if (mode == 10 && c_idx == 0 && size < 32) {
497             for (x = 0; x < size; x++)
498                 POS(x, 0) = av_clip_pixel(left[0] + ((top[x] - top[-1]) >> 1));
499         }
500     }
501 }
502
503 static void FUNC(pred_angular_0)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
504                                  const uint8_t *left,
505                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
506 {
507     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 2);
508 }
509
510 static void FUNC(pred_angular_1)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
511                                  const uint8_t *left,
512                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
513 {
514     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 3);
515 }
516
517 static void FUNC(pred_angular_2)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
518                                  const uint8_t *left,
519                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
520 {
521     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 4);
522 }
523
524 static void FUNC(pred_angular_3)(uint8_t *src, const uint8_t *top,
525                                  const uint8_t *left,
526                                  ptrdiff_t stride, int c_idx, int mode)
527 {
528     FUNC(pred_angular)(src, top, left, stride, c_idx, mode, 1 << 5);
529 }
530
531 #undef EXTEND_LEFT_CIP
532 #undef EXTEND_RIGHT_CIP
533 #undef EXTEND_UP_CIP
534 #undef EXTEND_DOWN_CIP
535 #undef IS_INTRA
536 #undef MVF_PU
537 #undef MVF
538 #undef PU
539 #undef EXTEND
540 #undef MIN_TB_ADDR_ZS
541 #undef POS