src/third_party/ffmpeg/libavcodec/hevc_refs.c

   1 /*
   2  * HEVC video decoder
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
   5  * Copyright (C) 2012 - 2013 Gildas Cocherel
   6  *
   7  * This file is part of FFmpeg.
   8  *
   9  * FFmpeg is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * FFmpeg is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with FFmpeg; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "libavutil/pixdesc.h"
  25
  26 #include "internal.h"
  27 #include "thread.h"
  28 #include "hevc.h"
  29
  30 void ff_hevc_unref_frame(HEVCContext *s, HEVCFrame *frame, int flags)
  31 {
  32     /* frame->frame can be NULL if context init failed */
  33     if (!frame->frame || !frame->frame->buf[0])
  34         return;
  35
  36     frame->flags &= ~flags;
  37     if (!frame->flags) {
  38         ff_thread_release_buffer(s->avctx, &frame->tf);
  39
  40         av_buffer_unref(&frame->tab_mvf_buf);
  41         frame->tab_mvf = NULL;
  42
  43         av_buffer_unref(&frame->rpl_buf);
  44         av_buffer_unref(&frame->rpl_tab_buf);
  45         frame->rpl_tab    = NULL;
  46         frame->refPicList = NULL;
  47
  48         frame->collocated_ref = NULL;
  49     }
  50 }
  51
  52 RefPicList *ff_hevc_get_ref_list(HEVCContext *s, HEVCFrame *ref, int x0, int y0)
  53 {
  54     if (x0 < 0 || y0 < 0) {
  55         return s->ref->refPicList;
  56     } else {
  57         int x_cb         = x0 >> s->sps->log2_ctb_size;
  58         int y_cb         = y0 >> s->sps->log2_ctb_size;
  59         int pic_width_cb = (s->sps->width + (1 << s->sps->log2_ctb_size) - 1) >>
  60                            s->sps->log2_ctb_size;
  61         int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
  62         return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
  63     }
  64 }
  65
  66 void ff_hevc_clear_refs(HEVCContext *s)
  67 {
  68     int i;
  69     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  70         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i],
  71                             HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF |
  72                             HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
  73 }
  74
  75 void ff_hevc_flush_dpb(HEVCContext *s)
  76 {
  77     int i;
  78     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  79         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], ~0);
  80 }
  81
  82 static HEVCFrame *alloc_frame(HEVCContext *s)
  83 {
  84     int i, j, ret;
  85     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
  86         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
  87         if (frame->frame->buf[0])
  88             continue;
  89
  90         ret = ff_thread_get_buffer(s->avctx, &frame->tf,
  91                                    AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
  92         if (ret < 0)
  93             return NULL;
  94
  95         frame->rpl_buf = av_buffer_allocz(s->nb_nals * sizeof(RefPicListTab));
  96         if (!frame->rpl_buf)
  97             goto fail;
  98
  99         frame->tab_mvf_buf = av_buffer_pool_get(s->tab_mvf_pool);
 100         if (!frame->tab_mvf_buf)
 101             goto fail;
 102         frame->tab_mvf = (MvField *)frame->tab_mvf_buf->data;
 103
 104         frame->rpl_tab_buf = av_buffer_pool_get(s->rpl_tab_pool);
 105         if (!frame->rpl_tab_buf)
 106             goto fail;
 107         frame->rpl_tab   = (RefPicListTab **)frame->rpl_tab_buf->data;
 108         frame->ctb_count = s->sps->ctb_width * s->sps->ctb_height;
 109         for (j = 0; j < frame->ctb_count; j++)
 110             frame->rpl_tab[j] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data;
 111
 112         frame->frame->top_field_first  = s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD;
 113         frame->frame->interlaced_frame = (s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_TOP_FIELD) || (s->picture_struct == AV_PICTURE_STRUCTURE_BOTTOM_FIELD);
 114         return frame;
 115 fail:
 116         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 117         return NULL;
 118     }
 119     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 120     return NULL;
 121 }
 122
 123 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 124 {
 125     HEVCFrame *ref;
 126     int i;
 127
 128     /* check that this POC doesn't already exist */
 129     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 130         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 131
 132         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 133             frame->poc == poc) {
 134             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 135                    poc);
 136             return AVERROR_INVALIDDATA;
 137         }
 138     }
 139
 140     ref = alloc_frame(s);
 141     if (!ref)
 142         return AVERROR(ENOMEM);
 143
 144     *frame = ref->frame;
 145     s->ref = ref;
 146
 147     ref->poc      = poc;
 148     ref->flags    = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 149     if (s->sh.pic_output_flag == 0)
 150         ref->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 151     ref->sequence = s->seq_decode;
 152     ref->window   = s->sps->output_window;
 153
 154     return 0;
 155 }
 156
 157 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 158 {
 159     do {
 160         int nb_output = 0;
 161         int min_poc   = INT_MAX;
 162         int i, min_idx, ret;
 163
 164         if (s->sh.no_output_of_prior_pics_flag == 1) {
 165             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 166                 HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 167                 if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) && frame->poc != s->poc &&
 168                         frame->sequence == s->seq_output) {
 169                     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 170                 }
 171             }
 172         }
 173
 174         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 175             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 176             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 177                 frame->sequence == s->seq_output) {
 178                 nb_output++;
 179                 if (frame->poc < min_poc) {
 180                     min_poc = frame->poc;
 181                     min_idx = i;
 182                 }
 183             }
 184         }
 185
 186         /* wait for more frames before output */
 187         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->sps &&
 188             nb_output <= s->sps->temporal_layer[s->sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 189             return 0;
 190
 191         if (nb_output) {
 192             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 193             AVFrame *dst = out;
 194             AVFrame *src = frame->frame;
 195             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(src->format);
 196             int pixel_shift = !!(desc->comp[0].depth_minus1 > 7);
 197
 198             ret = av_frame_ref(out, src);
 199             ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 200             if (ret < 0)
 201                 return ret;
 202
 203             for (i = 0; i < 3; i++) {
 204                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 205                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 206                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 207                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * dst->linesize[i];
 208                 dst->data[i] += off;
 209             }
 210             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 211                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 212             return 1;
 213         }
 214
 215         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 216             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 217         else
 218             break;
 219     } while (1);
 220
 221     return 0;
 222 }
 223
 224 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 225 {
 226     HEVCFrame *frame = s->ref;
 227     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 228     int ctb_addr_ts  = s->pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 229     int i;
 230
 231     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 232         return AVERROR_INVALIDDATA;
 233
 234     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 235         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 236
 237     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 238
 239     return 0;
 240 }
 241
 242 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 243 {
 244     SliceHeader *sh = &s->sh;
 245
 246     uint8_t nb_list = sh->slice_type == B_SLICE ? 2 : 1;
 247     uint8_t list_idx;
 248     int i, j, ret;
 249
 250     ret = init_slice_rpl(s);
 251     if (ret < 0)
 252         return ret;
 253
 254     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 255           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 256         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 257         return AVERROR_INVALIDDATA;
 258     }
 259
 260     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 261         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 262         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 263
 264         /* The order of the elements is
 265          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 266          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 267         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 268                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 269                               LT_CURR };
 270
 271         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 272         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 273             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 274                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 275                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < MAX_REFS; j++) {
 276                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 277                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 278                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 279                     rpl_tmp.nb_refs++;
 280                 }
 281             }
 282         }
 283
 284         /* reorder the references if necessary */
 285         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 286             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 287                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 288
 289                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 290                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 291                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 292                 }
 293
 294                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 295                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 296                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 297                 rpl->nb_refs++;
 298             }
 299         } else {
 300             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 301             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 302         }
 303
 304         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 305             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 306             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 307     }
 308
 309     return 0;
 310 }
 311
 312 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 313 {
 314     int i;
 315     int LtMask = (1 << s->sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 316
 317     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 318         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 319         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 320             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 321                 return ref;
 322         }
 323     }
 324
 325     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 326         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 327         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 328             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 329                 return ref;
 330         }
 331     }
 332
 333     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 334            "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 335     return NULL;
 336 }
 337
 338 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 339 {
 340     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 341     frame->flags |= flag;
 342 }
 343
 344 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 345 {
 346     HEVCFrame *frame;
 347     int i, x, y;
 348
 349     frame = alloc_frame(s);
 350     if (!frame)
 351         return NULL;
 352
 353     if (!s->sps->pixel_shift) {
 354         for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 355             memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->sps->bit_depth - 1),
 356                    frame->frame->buf[i]->size);
 357     } else {
 358         for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 359             for (y = 0; y < (s->sps->height >> s->sps->vshift[i]); y++)
 360                 for (x = 0; x < (s->sps->width >> s->sps->hshift[i]); x++) {
 361                     AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 362                             1 << (s->sps->bit_depth - 1));
 363                 }
 364     }
 365
 366     frame->poc      = poc;
 367     frame->sequence = s->seq_decode;
 368     frame->flags    = 0;
 369
 370     if (s->threads_type == FF_THREAD_FRAME)
 371         ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 372
 373     return frame;
 374 }
 375
 376 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 377 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 378                              int poc, int ref_flag)
 379 {
 380     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 381
 382     if (ref == s->ref)
 383         return AVERROR_INVALIDDATA;
 384
 385     if (!ref) {
 386         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 387         if (!ref)
 388             return AVERROR(ENOMEM);
 389     }
 390
 391     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 392     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 393     list->nb_refs++;
 394
 395     mark_ref(ref, ref_flag);
 396     return 0;
 397 }
 398
 399 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 400 {
 401     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 402     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 403     RefPicList               *rps = s->rps;
 404     int i, ret;
 405
 406     if (!short_rps) {
 407         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 408         return 0;
 409     }
 410
 411     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 412     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 413         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 414
 415         if (frame == s->ref)
 416             continue;
 417
 418         mark_ref(frame, 0);
 419     }
 420
 421     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 422         rps[i].nb_refs = 0;
 423
 424     /* add the short refs */
 425     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 426         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 427         int list;
 428
 429         if (!short_rps->used[i])
 430             list = ST_FOLL;
 431         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 432             list = ST_CURR_BEF;
 433         else
 434             list = ST_CURR_AFT;
 435
 436         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 437         if (ret < 0)
 438             return ret;
 439     }
 440
 441     /* add the long refs */
 442     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 443         int poc  = long_rps->poc[i];
 444         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 445
 446         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 447         if (ret < 0)
 448             return ret;
 449     }
 450
 451     /* release any frames that are now unused */
 452     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 453         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 454
 455     return 0;
 456 }
 457
 458 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 459 {
 460     int max_poc_lsb  = 1 << s->sps->log2_max_poc_lsb;
 461     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 462     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 463     int poc_msb;
 464
 465     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 466         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 467     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 468         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 469     else
 470         poc_msb = prev_poc_msb;
 471
 472     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 473     if (s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_LP   ||
 474         s->nal_unit_type == NAL_BLA_W_RADL ||
 475         s->nal_unit_type == NAL_BLA_N_LP)
 476         poc_msb = 0;
 477
 478     return poc_msb + poc_lsb;
 479 }
 480
 481 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 482 {
 483     int ret = 0;
 484     int i;
 485     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 486     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 487
 488     if (rps) {
 489         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 490             ret += !!rps->used[i];
 491         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 492             ret += !!rps->used[i];
 493     }
 494
 495     if (long_rps) {
 496         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 497             ret += !!long_rps->used[i];
 498     }
 499     return ret;
 500 }