]> git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/h264.h
71f531ec84d786b5dddccbcb2aad674e17c1346f
[ffmpeg] / libavcodec / h264.h
1 /*
2  * H.26L/H.264/AVC/JVT/14496-10/... encoder/decoder
3  * Copyright (c) 2003 Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
4  *
5  * This file is part of Libav.
6  *
7  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
8  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
9  * License as published by the Free Software Foundation; either
10  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
11  *
12  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
13  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
14  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
15  * Lesser General Public License for more details.
16  *
17  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
18  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
19  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
20  */
21
22 /**
23  * @file
24  * H.264 / AVC / MPEG4 part10 codec.
25  * @author Michael Niedermayer <michaelni@gmx.at>
26  */
27
28 #ifndef AVCODEC_H264_H
29 #define AVCODEC_H264_H
30
31 #include "libavutil/intreadwrite.h"
32 #include "cabac.h"
33 #include "error_resilience.h"
34 #include "get_bits.h"
35 #include "h264chroma.h"
36 #include "h264dsp.h"
37 #include "h264pred.h"
38 #include "h264qpel.h"
39 #include "mpegutils.h"
40 #include "parser.h"
41 #include "qpeldsp.h"
42 #include "rectangle.h"
43 #include "videodsp.h"
44
45 #define H264_MAX_PICTURE_COUNT 32
46 #define H264_MAX_THREADS       16
47
48 #define MAX_SPS_COUNT          32
49 #define MAX_PPS_COUNT         256
50
51 #define MAX_MMCO_COUNT         66
52
53 #define MAX_DELAYED_PIC_COUNT  16
54
55 /* Compiling in interlaced support reduces the speed
56  * of progressive decoding by about 2%. */
57 #define ALLOW_INTERLACE
58
59 #define FMO 0
60
61 /**
62  * The maximum number of slices supported by the decoder.
63  * must be a power of 2
64  */
65 #define MAX_SLICES 32
66
67 #ifdef ALLOW_INTERLACE
68 #define MB_MBAFF(h)    h->mb_mbaff
69 #define MB_FIELD(h)    h->mb_field_decoding_flag
70 #define FRAME_MBAFF(h) h->mb_aff_frame
71 #define FIELD_PICTURE(h) (h->picture_structure != PICT_FRAME)
72 #define LEFT_MBS 2
73 #define LTOP     0
74 #define LBOT     1
75 #define LEFT(i)  (i)
76 #else
77 #define MB_MBAFF(h)      0
78 #define MB_FIELD(h)      0
79 #define FRAME_MBAFF(h)   0
80 #define FIELD_PICTURE(h) 0
81 #undef  IS_INTERLACED
82 #define IS_INTERLACED(mb_type) 0
83 #define LEFT_MBS 1
84 #define LTOP     0
85 #define LBOT     0
86 #define LEFT(i)  0
87 #endif
88 #define FIELD_OR_MBAFF_PICTURE(h) (FRAME_MBAFF(h) || FIELD_PICTURE(h))
89
90 #ifndef CABAC
91 #define CABAC(h) h->pps.cabac
92 #endif
93
94 #define CHROMA422(h) (h->sps.chroma_format_idc == 2)
95 #define CHROMA444(h) (h->sps.chroma_format_idc == 3)
96
97 #define EXTENDED_SAR       255
98
99 #define MB_TYPE_REF0       MB_TYPE_ACPRED // dirty but it fits in 16 bit
100 #define MB_TYPE_8x8DCT     0x01000000
101 #define IS_REF0(a)         ((a) & MB_TYPE_REF0)
102 #define IS_8x8DCT(a)       ((a) & MB_TYPE_8x8DCT)
103
104 #define QP_MAX_NUM (51 + 2 * 6)           // The maximum supported qp
105
106 /* NAL unit types */
107 enum {
108     NAL_SLICE           = 1,
109     NAL_DPA             = 2,
110     NAL_DPB             = 3,
111     NAL_DPC             = 4,
112     NAL_IDR_SLICE       = 5,
113     NAL_SEI             = 6,
114     NAL_SPS             = 7,
115     NAL_PPS             = 8,
116     NAL_AUD             = 9,
117     NAL_END_SEQUENCE    = 10,
118     NAL_END_STREAM      = 11,
119     NAL_FILLER_DATA     = 12,
120     NAL_SPS_EXT         = 13,
121     NAL_AUXILIARY_SLICE = 19,
122     NAL_FF_IGNORE       = 0xff0f001,
123 };
124
125 /**
126  * SEI message types
127  */
128 typedef enum {
129     SEI_TYPE_BUFFERING_PERIOD       = 0,   ///< buffering period (H.264, D.1.1)
130     SEI_TYPE_PIC_TIMING             = 1,   ///< picture timing
131     SEI_TYPE_USER_DATA_UNREGISTERED = 5,   ///< unregistered user data
132     SEI_TYPE_RECOVERY_POINT         = 6,   ///< recovery point (frame # to decoder sync)
133     SEI_TYPE_FRAME_PACKING          = 45,  ///< frame packing arrangement
134     SEI_TYPE_DISPLAY_ORIENTATION    = 47,  ///< display orientation
135 } SEI_Type;
136
137 /**
138  * pic_struct in picture timing SEI message
139  */
140 typedef enum {
141     SEI_PIC_STRUCT_FRAME             = 0, ///<  0: %frame
142     SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD         = 1, ///<  1: top field
143     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD      = 2, ///<  2: bottom field
144     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM        = 3, ///<  3: top field, bottom field, in that order
145     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP        = 4, ///<  4: bottom field, top field, in that order
146     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP    = 5, ///<  5: top field, bottom field, top field repeated, in that order
147     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM = 6, ///<  6: bottom field, top field, bottom field repeated, in that order
148     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING    = 7, ///<  7: %frame doubling
149     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING    = 8  ///<  8: %frame tripling
150 } SEI_PicStructType;
151
152 /**
153  * Sequence parameter set
154  */
155 typedef struct SPS {
156     unsigned int sps_id;
157     int profile_idc;
158     int level_idc;
159     int chroma_format_idc;
160     int transform_bypass;              ///< qpprime_y_zero_transform_bypass_flag
161     int log2_max_frame_num;            ///< log2_max_frame_num_minus4 + 4
162     int poc_type;                      ///< pic_order_cnt_type
163     int log2_max_poc_lsb;              ///< log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4
164     int delta_pic_order_always_zero_flag;
165     int offset_for_non_ref_pic;
166     int offset_for_top_to_bottom_field;
167     int poc_cycle_length;              ///< num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle
168     int ref_frame_count;               ///< num_ref_frames
169     int gaps_in_frame_num_allowed_flag;
170     int mb_width;                      ///< pic_width_in_mbs_minus1 + 1
171     int mb_height;                     ///< pic_height_in_map_units_minus1 + 1
172     int frame_mbs_only_flag;
173     int mb_aff;                        ///< mb_adaptive_frame_field_flag
174     int direct_8x8_inference_flag;
175     int crop;                          ///< frame_cropping_flag
176
177     /* those 4 are already in luma samples */
178     unsigned int crop_left;            ///< frame_cropping_rect_left_offset
179     unsigned int crop_right;           ///< frame_cropping_rect_right_offset
180     unsigned int crop_top;             ///< frame_cropping_rect_top_offset
181     unsigned int crop_bottom;          ///< frame_cropping_rect_bottom_offset
182     int vui_parameters_present_flag;
183     AVRational sar;
184     int video_signal_type_present_flag;
185     int full_range;
186     int colour_description_present_flag;
187     enum AVColorPrimaries color_primaries;
188     enum AVColorTransferCharacteristic color_trc;
189     enum AVColorSpace colorspace;
190     int timing_info_present_flag;
191     uint32_t num_units_in_tick;
192     uint32_t time_scale;
193     int fixed_frame_rate_flag;
194     short offset_for_ref_frame[256]; // FIXME dyn aloc?
195     int bitstream_restriction_flag;
196     int num_reorder_frames;
197     int scaling_matrix_present;
198     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
199     uint8_t scaling_matrix8[6][64];
200     int nal_hrd_parameters_present_flag;
201     int vcl_hrd_parameters_present_flag;
202     int pic_struct_present_flag;
203     int time_offset_length;
204     int cpb_cnt;                          ///< See H.264 E.1.2
205     int initial_cpb_removal_delay_length; ///< initial_cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
206     int cpb_removal_delay_length;         ///< cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
207     int dpb_output_delay_length;          ///< dpb_output_delay_length_minus1 + 1
208     int bit_depth_luma;                   ///< bit_depth_luma_minus8 + 8
209     int bit_depth_chroma;                 ///< bit_depth_chroma_minus8 + 8
210     int residual_color_transform_flag;    ///< residual_colour_transform_flag
211     int constraint_set_flags;             ///< constraint_set[0-3]_flag
212     int new;                              ///< flag to keep track if the decoder context needs re-init due to changed SPS
213 } SPS;
214
215 /**
216  * Picture parameter set
217  */
218 typedef struct PPS {
219     unsigned int sps_id;
220     int cabac;                  ///< entropy_coding_mode_flag
221     int pic_order_present;      ///< pic_order_present_flag
222     int slice_group_count;      ///< num_slice_groups_minus1 + 1
223     int mb_slice_group_map_type;
224     unsigned int ref_count[2];  ///< num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
225     int weighted_pred;          ///< weighted_pred_flag
226     int weighted_bipred_idc;
227     int init_qp;                ///< pic_init_qp_minus26 + 26
228     int init_qs;                ///< pic_init_qs_minus26 + 26
229     int chroma_qp_index_offset[2];
230     int deblocking_filter_parameters_present; ///< deblocking_filter_parameters_present_flag
231     int constrained_intra_pred;     ///< constrained_intra_pred_flag
232     int redundant_pic_cnt_present;  ///< redundant_pic_cnt_present_flag
233     int transform_8x8_mode;         ///< transform_8x8_mode_flag
234     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
235     uint8_t scaling_matrix8[6][64];
236     uint8_t chroma_qp_table[2][64]; ///< pre-scaled (with chroma_qp_index_offset) version of qp_table
237     int chroma_qp_diff;
238 } PPS;
239
240 /**
241  * Memory management control operation opcode.
242  */
243 typedef enum MMCOOpcode {
244     MMCO_END = 0,
245     MMCO_SHORT2UNUSED,
246     MMCO_LONG2UNUSED,
247     MMCO_SHORT2LONG,
248     MMCO_SET_MAX_LONG,
249     MMCO_RESET,
250     MMCO_LONG,
251 } MMCOOpcode;
252
253 /**
254  * Memory management control operation.
255  */
256 typedef struct MMCO {
257     MMCOOpcode opcode;
258     int short_pic_num;  ///< pic_num without wrapping (pic_num & max_pic_num)
259     int long_arg;       ///< index, pic_num, or num long refs depending on opcode
260 } MMCO;
261
262 typedef struct H264Picture {
263     struct AVFrame f;
264     ThreadFrame tf;
265
266     AVBufferRef *qscale_table_buf;
267     int8_t *qscale_table;
268
269     AVBufferRef *motion_val_buf[2];
270     int16_t (*motion_val[2])[2];
271
272     AVBufferRef *mb_type_buf;
273     uint32_t *mb_type;
274
275     AVBufferRef *hwaccel_priv_buf;
276     void *hwaccel_picture_private; ///< hardware accelerator private data
277
278     AVBufferRef *ref_index_buf[2];
279     int8_t *ref_index[2];
280
281     int field_poc[2];       ///< top/bottom POC
282     int poc;                ///< frame POC
283     int frame_num;          ///< frame_num (raw frame_num from slice header)
284     int mmco_reset;         /**< MMCO_RESET set this 1. Reordering code must
285                                  not mix pictures before and after MMCO_RESET. */
286     int pic_id;             /**< pic_num (short -> no wrap version of pic_num,
287                                  pic_num & max_pic_num; long -> long_pic_num) */
288     int long_ref;           ///< 1->long term reference 0->short term reference
289     int ref_poc[2][2][32];  ///< POCs of the frames used as reference (FIXME need per slice)
290     int ref_count[2][2];    ///< number of entries in ref_poc         (FIXME need per slice)
291     int mbaff;              ///< 1 -> MBAFF frame 0-> not MBAFF
292     int field_picture;      ///< whether or not picture was encoded in separate fields
293
294     int needs_realloc;      ///< picture needs to be reallocated (eg due to a frame size change)
295     int reference;
296     int recovered;          ///< picture at IDR or recovery point + recovery count
297 } H264Picture;
298
299 typedef struct H264SliceContext {
300     struct H264Context *h264;
301
302     int slice_num;
303     int slice_type;
304     int slice_type_nos;         ///< S free slice type (SI/SP are remapped to I/P)
305     int slice_type_fixed;
306
307     int qscale;
308     int chroma_qp[2];   // QPc
309     int qp_thresh;      ///< QP threshold to skip loopfilter
310
311     // Weighted pred stuff
312     int use_weight;
313     int use_weight_chroma;
314     int luma_log2_weight_denom;
315     int chroma_log2_weight_denom;
316     int luma_weight_flag[2];    ///< 7.4.3.2 luma_weight_lX_flag
317     int chroma_weight_flag[2];  ///< 7.4.3.2 chroma_weight_lX_flag
318     // The following 2 can be changed to int8_t but that causes 10cpu cycles speedloss
319     int luma_weight[48][2][2];
320     int chroma_weight[48][2][2][2];
321     int implicit_weight[48][48][2];
322
323     int prev_mb_skipped;
324     int next_mb_skipped;
325
326     int chroma_pred_mode;
327     int intra16x16_pred_mode;
328
329     int8_t intra4x4_pred_mode_cache[5 * 8];
330     int8_t(*intra4x4_pred_mode);
331
332     int topleft_mb_xy;
333     int top_mb_xy;
334     int topright_mb_xy;
335     int left_mb_xy[LEFT_MBS];
336
337     int topleft_type;
338     int top_type;
339     int topright_type;
340     int left_type[LEFT_MBS];
341
342     const uint8_t *left_block;
343     int topleft_partition;
344
345     unsigned int topleft_samples_available;
346     unsigned int top_samples_available;
347     unsigned int topright_samples_available;
348     unsigned int left_samples_available;
349
350     ptrdiff_t mb_linesize;  ///< may be equal to s->linesize or s->linesize * 2, for mbaff
351     ptrdiff_t mb_uvlinesize;
352
353     /**
354      * number of neighbors (top and/or left) that used 8x8 dct
355      */
356     int neighbor_transform_size;
357
358     int direct_spatial_mv_pred;
359     int col_parity;
360     int col_fieldoff;
361
362     int dist_scale_factor[32];
363     int dist_scale_factor_field[2][32];
364
365     /**
366      * non zero coeff count cache.
367      * is 64 if not available.
368      */
369     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, non_zero_count_cache)[15 * 8];
370
371     /**
372      * Motion vector cache.
373      */
374     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mv_cache)[2][5 * 8][2];
375     DECLARE_ALIGNED(8,  int8_t, ref_cache)[2][5 * 8];
376
377     DECLARE_ALIGNED(8, uint16_t, sub_mb_type)[4];
378 } H264SliceContext;
379
380 /**
381  * H264Context
382  */
383 typedef struct H264Context {
384     AVCodecContext *avctx;
385     VideoDSPContext vdsp;
386     H264DSPContext h264dsp;
387     H264ChromaContext h264chroma;
388     H264QpelContext h264qpel;
389     GetBitContext gb;
390     ERContext er;
391
392     H264Picture *DPB;
393     H264Picture *cur_pic_ptr;
394     H264Picture cur_pic;
395
396     H264SliceContext *slice_ctx;
397     int            nb_slice_ctx;
398
399     int pixel_shift;    ///< 0 for 8-bit H264, 1 for high-bit-depth H264
400
401     /* coded dimensions -- 16 * mb w/h */
402     int width, height;
403     ptrdiff_t linesize, uvlinesize;
404     int chroma_x_shift, chroma_y_shift;
405
406     int droppable;
407     int coded_picture_number;
408     int low_delay;
409
410     int context_initialized;
411     int flags;
412     int workaround_bugs;
413
414     int8_t(*intra4x4_pred_mode);
415     H264PredContext hpc;
416     uint8_t (*top_borders[2])[(16 * 3) * 2];
417
418     uint8_t (*non_zero_count)[48];
419
420 #define LIST_NOT_USED -1 // FIXME rename?
421 #define PART_NOT_AVAILABLE -2
422
423     /**
424      * block_offset[ 0..23] for frame macroblocks
425      * block_offset[24..47] for field macroblocks
426      */
427     int block_offset[2 * (16 * 3)];
428
429     uint32_t *mb2b_xy;  // FIXME are these 4 a good idea?
430     uint32_t *mb2br_xy;
431     int b_stride;       // FIXME use s->b4_stride
432
433     SPS sps; ///< current sps
434     PPS pps; ///< current pps
435
436     uint32_t dequant4_buffer[6][QP_MAX_NUM + 1][16]; // FIXME should these be moved down?
437     uint32_t dequant8_buffer[6][QP_MAX_NUM + 1][64];
438     uint32_t(*dequant4_coeff[6])[16];
439     uint32_t(*dequant8_coeff[6])[64];
440
441     uint16_t *slice_table;      ///< slice_table_base + 2*mb_stride + 1
442
443     // interlacing specific flags
444     int mb_aff_frame;
445     int mb_field_decoding_flag;
446     int mb_mbaff;               ///< mb_aff_frame && mb_field_decoding_flag
447     int picture_structure;
448     int first_field;
449
450     int map_col_to_list0[2][16 + 32];
451     int map_col_to_list0_field[2][2][16 + 32];
452
453     /**
454      * num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
455      */
456     unsigned int ref_count[2];          ///< counts frames or fields, depending on current mb mode
457     unsigned int list_count;
458     uint8_t *list_counts;               ///< Array of list_count per MB specifying the slice type
459     H264Picture ref_list[2][48];        /**< 0..15: frame refs, 16..47: mbaff field refs.
460                                          *   Reordered version of default_ref_list
461                                          *   according to picture reordering in slice header */
462     int ref2frm[MAX_SLICES][2][64];     ///< reference to frame number lists, used in the loop filter, the first 2 are for -2,-1
463
464     // data partitioning
465     GetBitContext intra_gb;
466     GetBitContext inter_gb;
467     GetBitContext *intra_gb_ptr;
468     GetBitContext *inter_gb_ptr;
469
470     const uint8_t *intra_pcm_ptr;
471     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mb)[16 * 48 * 2]; ///< as a dct coeffecient is int32_t in high depth, we need to reserve twice the space.
472     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mb_luma_dc)[3][16 * 2];
473     int16_t mb_padding[256 * 2];        ///< as mb is addressed by scantable[i] and scantable is uint8_t we can either check that i is not too large or ensure that there is some unused stuff after mb
474
475     /**
476      * Cabac
477      */
478     CABACContext cabac;
479     uint8_t cabac_state[1024];
480
481     /* 0x100 -> non null luma_dc, 0x80/0x40 -> non null chroma_dc (cb/cr), 0x?0 -> chroma_cbp(0, 1, 2), 0x0? luma_cbp */
482     uint16_t *cbp_table;
483     int cbp;
484     int top_cbp;
485     int left_cbp;
486     /* chroma_pred_mode for i4x4 or i16x16, else 0 */
487     uint8_t *chroma_pred_mode_table;
488     int last_qscale_diff;
489     uint8_t (*mvd_table[2])[2];
490     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, mvd_cache)[2][5 * 8][2];
491     uint8_t *direct_table;
492     uint8_t direct_cache[5 * 8];
493
494     uint8_t zigzag_scan[16];
495     uint8_t zigzag_scan8x8[64];
496     uint8_t zigzag_scan8x8_cavlc[64];
497     uint8_t field_scan[16];
498     uint8_t field_scan8x8[64];
499     uint8_t field_scan8x8_cavlc[64];
500     const uint8_t *zigzag_scan_q0;
501     const uint8_t *zigzag_scan8x8_q0;
502     const uint8_t *zigzag_scan8x8_cavlc_q0;
503     const uint8_t *field_scan_q0;
504     const uint8_t *field_scan8x8_q0;
505     const uint8_t *field_scan8x8_cavlc_q0;
506
507     int x264_build;
508
509     int mb_x, mb_y;
510     int resync_mb_x;
511     int resync_mb_y;
512     int mb_skip_run;
513     int mb_height, mb_width;
514     int mb_stride;
515     int mb_num;
516     int mb_xy;
517
518     int is_complex;
519
520     // deblock
521     int deblocking_filter;          ///< disable_deblocking_filter_idc with 1 <-> 0
522     int slice_alpha_c0_offset;
523     int slice_beta_offset;
524
525     // =============================================================
526     // Things below are not used in the MB or more inner code
527
528     int nal_ref_idc;
529     int nal_unit_type;
530     uint8_t *rbsp_buffer[2];
531     unsigned int rbsp_buffer_size[2];
532
533     /**
534      * Used to parse AVC variant of h264
535      */
536     int is_avc;           ///< this flag is != 0 if codec is avc1
537     int nal_length_size;  ///< Number of bytes used for nal length (1, 2 or 4)
538
539     int bit_depth_luma;         ///< luma bit depth from sps to detect changes
540     int chroma_format_idc;      ///< chroma format from sps to detect changes
541
542     SPS *sps_buffers[MAX_SPS_COUNT];
543     PPS *pps_buffers[MAX_PPS_COUNT];
544
545     int dequant_coeff_pps;      ///< reinit tables when pps changes
546
547     uint16_t *slice_table_base;
548
549     // POC stuff
550     int poc_lsb;
551     int poc_msb;
552     int delta_poc_bottom;
553     int delta_poc[2];
554     int frame_num;
555     int prev_poc_msb;           ///< poc_msb of the last reference pic for POC type 0
556     int prev_poc_lsb;           ///< poc_lsb of the last reference pic for POC type 0
557     int frame_num_offset;       ///< for POC type 2
558     int prev_frame_num_offset;  ///< for POC type 2
559     int prev_frame_num;         ///< frame_num of the last pic for POC type 1/2
560
561     /**
562      * frame_num for frames or 2 * frame_num + 1 for field pics.
563      */
564     int curr_pic_num;
565
566     /**
567      * max_frame_num or 2 * max_frame_num for field pics.
568      */
569     int max_pic_num;
570
571     int redundant_pic_count;
572
573     H264Picture default_ref_list[2][32]; ///< base reference list for all slices of a coded picture
574     H264Picture *short_ref[32];
575     H264Picture *long_ref[32];
576     H264Picture *delayed_pic[MAX_DELAYED_PIC_COUNT + 2]; // FIXME size?
577     int last_pocs[MAX_DELAYED_PIC_COUNT];
578     H264Picture *next_output_pic;
579     int outputed_poc;
580     int next_outputed_poc;
581
582     /**
583      * memory management control operations buffer.
584      */
585     MMCO mmco[MAX_MMCO_COUNT];
586     int mmco_index;
587     int mmco_reset;
588
589     int long_ref_count;     ///< number of actual long term references
590     int short_ref_count;    ///< number of actual short term references
591
592     int cabac_init_idc;
593
594     /**
595      * @name Members for slice based multithreading
596      * @{
597      */
598     struct H264Context *thread_context[H264_MAX_THREADS];
599
600     /**
601      * current slice number, used to initalize slice_num of each thread/context
602      */
603     int current_slice;
604
605     /**
606      * Max number of threads / contexts.
607      * This is equal to AVCodecContext.thread_count unless
608      * multithreaded decoding is impossible, in which case it is
609      * reduced to 1.
610      */
611     int max_contexts;
612
613     int slice_context_count;
614
615     /**
616      *  1 if the single thread fallback warning has already been
617      *  displayed, 0 otherwise.
618      */
619     int single_decode_warning;
620
621     enum AVPictureType pict_type;
622
623     int last_slice_type;
624     /** @} */
625
626     /**
627      * pic_struct in picture timing SEI message
628      */
629     SEI_PicStructType sei_pic_struct;
630
631     /**
632      * Complement sei_pic_struct
633      * SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM and SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP indicate interlaced frames.
634      * However, soft telecined frames may have these values.
635      * This is used in an attempt to flag soft telecine progressive.
636      */
637     int prev_interlaced_frame;
638
639     /**
640      * frame_packing_arrangment SEI message
641      */
642     int sei_frame_packing_present;
643     int frame_packing_arrangement_type;
644     int content_interpretation_type;
645     int quincunx_subsampling;
646
647     /**
648      * display orientation SEI message
649      */
650     int sei_display_orientation_present;
651     int sei_anticlockwise_rotation;
652     int sei_hflip, sei_vflip;
653
654     /**
655      * Bit set of clock types for fields/frames in picture timing SEI message.
656      * For each found ct_type, appropriate bit is set (e.g., bit 1 for
657      * interlaced).
658      */
659     int sei_ct_type;
660
661     /**
662      * dpb_output_delay in picture timing SEI message, see H.264 C.2.2
663      */
664     int sei_dpb_output_delay;
665
666     /**
667      * cpb_removal_delay in picture timing SEI message, see H.264 C.1.2
668      */
669     int sei_cpb_removal_delay;
670
671     /**
672      * recovery_frame_cnt from SEI message
673      *
674      * Set to -1 if no recovery point SEI message found or to number of frames
675      * before playback synchronizes. Frames having recovery point are key
676      * frames.
677      */
678     int sei_recovery_frame_cnt;
679
680     /**
681      * recovery_frame is the frame_num at which the next frame should
682      * be fully constructed.
683      *
684      * Set to -1 when not expecting a recovery point.
685      */
686     int recovery_frame;
687
688 /**
689  * We have seen an IDR, so all the following frames in coded order are correctly
690  * decodable.
691  */
692 #define FRAME_RECOVERED_IDR  (1 << 0)
693 /**
694  * Sufficient number of frames have been decoded since a SEI recovery point,
695  * so all the following frames in presentation order are correct.
696  */
697 #define FRAME_RECOVERED_SEI  (1 << 1)
698
699     int frame_recovered;    ///< Initial frame has been completely recovered
700
701
702     // Timestamp stuff
703     int sei_buffering_period_present;   ///< Buffering period SEI flag
704     int initial_cpb_removal_delay[32];  ///< Initial timestamps for CPBs
705
706     int cur_chroma_format_idc;
707     uint8_t *bipred_scratchpad;
708     uint8_t *edge_emu_buffer;
709     int16_t *dc_val_base;
710
711     AVBufferPool *qscale_table_pool;
712     AVBufferPool *mb_type_pool;
713     AVBufferPool *motion_val_pool;
714     AVBufferPool *ref_index_pool;
715
716     /* Motion Estimation */
717     qpel_mc_func (*qpel_put)[16];
718     qpel_mc_func (*qpel_avg)[16];
719 } H264Context;
720
721 extern const uint8_t ff_h264_chroma_qp[3][QP_MAX_NUM + 1]; ///< One chroma qp table for each supported bit depth (8, 9, 10).
722 extern const uint16_t ff_h264_mb_sizes[4];
723
724 /**
725  * Decode SEI
726  */
727 int ff_h264_decode_sei(H264Context *h);
728
729 /**
730  * Decode SPS
731  */
732 int ff_h264_decode_seq_parameter_set(H264Context *h);
733
734 /**
735  * compute profile from sps
736  */
737 int ff_h264_get_profile(SPS *sps);
738
739 /**
740  * Decode PPS
741  */
742 int ff_h264_decode_picture_parameter_set(H264Context *h, int bit_length);
743
744 /**
745  * Decode a network abstraction layer unit.
746  * @param consumed is the number of bytes used as input
747  * @param length is the length of the array
748  * @param dst_length is the number of decoded bytes FIXME here
749  *                   or a decode rbsp tailing?
750  * @return decoded bytes, might be src+1 if no escapes
751  */
752 const uint8_t *ff_h264_decode_nal(H264Context *h, const uint8_t *src,
753                                   int *dst_length, int *consumed, int length);
754
755 /**
756  * Free any data that may have been allocated in the H264 context
757  * like SPS, PPS etc.
758  */
759 void ff_h264_free_context(H264Context *h);
760
761 /**
762  * Reconstruct bitstream slice_type.
763  */
764 int ff_h264_get_slice_type(const H264SliceContext *sl);
765
766 /**
767  * Allocate tables.
768  * needs width/height
769  */
770 int ff_h264_alloc_tables(H264Context *h);
771
772 /**
773  * Fill the default_ref_list.
774  */
775 int ff_h264_fill_default_ref_list(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
776
777 int ff_h264_decode_ref_pic_list_reordering(H264Context *h);
778 void ff_h264_fill_mbaff_ref_list(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
779 void ff_h264_remove_all_refs(H264Context *h);
780
781 /**
782  * Execute the reference picture marking (memory management control operations).
783  */
784 int ff_h264_execute_ref_pic_marking(H264Context *h, MMCO *mmco, int mmco_count);
785
786 int ff_h264_decode_ref_pic_marking(H264Context *h, GetBitContext *gb,
787                                    int first_slice);
788
789 int ff_generate_sliding_window_mmcos(H264Context *h, int first_slice);
790
791 /**
792  * Check if the top & left blocks are available if needed & change the
793  * dc mode so it only uses the available blocks.
794  */
795 int ff_h264_check_intra4x4_pred_mode(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
796
797 /**
798  * Check if the top & left blocks are available if needed & change the
799  * dc mode so it only uses the available blocks.
800  */
801 int ff_h264_check_intra_pred_mode(H264Context *h, H264SliceContext *sl,
802                                   int mode, int is_chroma);
803
804 void ff_h264_hl_decode_mb(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
805 int ff_h264_decode_extradata(H264Context *h);
806 int ff_h264_decode_init(AVCodecContext *avctx);
807 void ff_h264_decode_init_vlc(void);
808
809 /**
810  * Decode a macroblock
811  * @return 0 if OK, ER_AC_ERROR / ER_DC_ERROR / ER_MV_ERROR on error
812  */
813 int ff_h264_decode_mb_cavlc(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
814
815 /**
816  * Decode a CABAC coded macroblock
817  * @return 0 if OK, ER_AC_ERROR / ER_DC_ERROR / ER_MV_ERROR on error
818  */
819 int ff_h264_decode_mb_cabac(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
820
821 void ff_h264_init_cabac_states(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
822
823 void h264_init_dequant_tables(H264Context *h);
824
825 void ff_h264_direct_dist_scale_factor(H264Context *const h, H264SliceContext *sl);
826 void ff_h264_direct_ref_list_init(H264Context *const h, H264SliceContext *sl);
827 void ff_h264_pred_direct_motion(H264Context *const h, H264SliceContext *sl,
828                                 int *mb_type);
829
830 void ff_h264_filter_mb_fast(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int mb_x, int mb_y,
831                             uint8_t *img_y, uint8_t *img_cb, uint8_t *img_cr,
832                             unsigned int linesize, unsigned int uvlinesize);
833 void ff_h264_filter_mb(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int mb_x, int mb_y,
834                        uint8_t *img_y, uint8_t *img_cb, uint8_t *img_cr,
835                        unsigned int linesize, unsigned int uvlinesize);
836
837 /**
838  * Reset SEI values at the beginning of the frame.
839  *
840  * @param h H.264 context.
841  */
842 void ff_h264_reset_sei(H264Context *h);
843
844 /*
845  * o-o o-o
846  *  / / /
847  * o-o o-o
848  *  ,---'
849  * o-o o-o
850  *  / / /
851  * o-o o-o
852  */
853
854 /* Scan8 organization:
855  *    0 1 2 3 4 5 6 7
856  * 0  DY    y y y y y
857  * 1        y Y Y Y Y
858  * 2        y Y Y Y Y
859  * 3        y Y Y Y Y
860  * 4        y Y Y Y Y
861  * 5  DU    u u u u u
862  * 6        u U U U U
863  * 7        u U U U U
864  * 8        u U U U U
865  * 9        u U U U U
866  * 10 DV    v v v v v
867  * 11       v V V V V
868  * 12       v V V V V
869  * 13       v V V V V
870  * 14       v V V V V
871  * DY/DU/DV are for luma/chroma DC.
872  */
873
874 #define LUMA_DC_BLOCK_INDEX   48
875 #define CHROMA_DC_BLOCK_INDEX 49
876
877 // This table must be here because scan8[constant] must be known at compiletime
878 static const uint8_t scan8[16 * 3 + 3] = {
879     4 +  1 * 8, 5 +  1 * 8, 4 +  2 * 8, 5 +  2 * 8,
880     6 +  1 * 8, 7 +  1 * 8, 6 +  2 * 8, 7 +  2 * 8,
881     4 +  3 * 8, 5 +  3 * 8, 4 +  4 * 8, 5 +  4 * 8,
882     6 +  3 * 8, 7 +  3 * 8, 6 +  4 * 8, 7 +  4 * 8,
883     4 +  6 * 8, 5 +  6 * 8, 4 +  7 * 8, 5 +  7 * 8,
884     6 +  6 * 8, 7 +  6 * 8, 6 +  7 * 8, 7 +  7 * 8,
885     4 +  8 * 8, 5 +  8 * 8, 4 +  9 * 8, 5 +  9 * 8,
886     6 +  8 * 8, 7 +  8 * 8, 6 +  9 * 8, 7 +  9 * 8,
887     4 + 11 * 8, 5 + 11 * 8, 4 + 12 * 8, 5 + 12 * 8,
888     6 + 11 * 8, 7 + 11 * 8, 6 + 12 * 8, 7 + 12 * 8,
889     4 + 13 * 8, 5 + 13 * 8, 4 + 14 * 8, 5 + 14 * 8,
890     6 + 13 * 8, 7 + 13 * 8, 6 + 14 * 8, 7 + 14 * 8,
891     0 +  0 * 8, 0 +  5 * 8, 0 + 10 * 8
892 };
893
894 static av_always_inline uint32_t pack16to32(int a, int b)
895 {
896 #if HAVE_BIGENDIAN
897     return (b & 0xFFFF) + (a << 16);
898 #else
899     return (a & 0xFFFF) + (b << 16);
900 #endif
901 }
902
903 static av_always_inline uint16_t pack8to16(int a, int b)
904 {
905 #if HAVE_BIGENDIAN
906     return (b & 0xFF) + (a << 8);
907 #else
908     return (a & 0xFF) + (b << 8);
909 #endif
910 }
911
912 /**
913  * Get the chroma qp.
914  */
915 static av_always_inline int get_chroma_qp(H264Context *h, int t, int qscale)
916 {
917     return h->pps.chroma_qp_table[t][qscale];
918 }
919
920 /**
921  * Get the predicted intra4x4 prediction mode.
922  */
923 static av_always_inline int pred_intra_mode(H264Context *h,
924                                             H264SliceContext *sl, int n)
925 {
926     const int index8 = scan8[n];
927     const int left   = sl->intra4x4_pred_mode_cache[index8 - 1];
928     const int top    = sl->intra4x4_pred_mode_cache[index8 - 8];
929     const int min    = FFMIN(left, top);
930
931     tprintf(h->avctx, "mode:%d %d min:%d\n", left, top, min);
932
933     if (min < 0)
934         return DC_PRED;
935     else
936         return min;
937 }
938
939 static av_always_inline void write_back_intra_pred_mode(H264Context *h,
940                                                         H264SliceContext *sl)
941 {
942     int8_t *i4x4       = sl->intra4x4_pred_mode + h->mb2br_xy[h->mb_xy];
943     int8_t *i4x4_cache = sl->intra4x4_pred_mode_cache;
944
945     AV_COPY32(i4x4, i4x4_cache + 4 + 8 * 4);
946     i4x4[4] = i4x4_cache[7 + 8 * 3];
947     i4x4[5] = i4x4_cache[7 + 8 * 2];
948     i4x4[6] = i4x4_cache[7 + 8 * 1];
949 }
950
951 static av_always_inline void write_back_non_zero_count(H264Context *h,
952                                                        H264SliceContext *sl)
953 {
954     const int mb_xy    = h->mb_xy;
955     uint8_t *nnz       = h->non_zero_count[mb_xy];
956     uint8_t *nnz_cache = sl->non_zero_count_cache;
957
958     AV_COPY32(&nnz[ 0], &nnz_cache[4 + 8 * 1]);
959     AV_COPY32(&nnz[ 4], &nnz_cache[4 + 8 * 2]);
960     AV_COPY32(&nnz[ 8], &nnz_cache[4 + 8 * 3]);
961     AV_COPY32(&nnz[12], &nnz_cache[4 + 8 * 4]);
962     AV_COPY32(&nnz[16], &nnz_cache[4 + 8 * 6]);
963     AV_COPY32(&nnz[20], &nnz_cache[4 + 8 * 7]);
964     AV_COPY32(&nnz[32], &nnz_cache[4 + 8 * 11]);
965     AV_COPY32(&nnz[36], &nnz_cache[4 + 8 * 12]);
966
967     if (!h->chroma_y_shift) {
968         AV_COPY32(&nnz[24], &nnz_cache[4 + 8 * 8]);
969         AV_COPY32(&nnz[28], &nnz_cache[4 + 8 * 9]);
970         AV_COPY32(&nnz[40], &nnz_cache[4 + 8 * 13]);
971         AV_COPY32(&nnz[44], &nnz_cache[4 + 8 * 14]);
972     }
973 }
974
975 static av_always_inline void write_back_motion_list(H264Context *h,
976                                                     H264SliceContext *sl,
977                                                     int b_stride,
978                                                     int b_xy, int b8_xy,
979                                                     int mb_type, int list)
980 {
981     int16_t(*mv_dst)[2] = &h->cur_pic.motion_val[list][b_xy];
982     int16_t(*mv_src)[2] = &sl->mv_cache[list][scan8[0]];
983     AV_COPY128(mv_dst + 0 * b_stride, mv_src + 8 * 0);
984     AV_COPY128(mv_dst + 1 * b_stride, mv_src + 8 * 1);
985     AV_COPY128(mv_dst + 2 * b_stride, mv_src + 8 * 2);
986     AV_COPY128(mv_dst + 3 * b_stride, mv_src + 8 * 3);
987     if (CABAC(h)) {
988         uint8_t (*mvd_dst)[2] = &h->mvd_table[list][FMO ? 8 * h->mb_xy
989                                                         : h->mb2br_xy[h->mb_xy]];
990         uint8_t(*mvd_src)[2]  = &h->mvd_cache[list][scan8[0]];
991         if (IS_SKIP(mb_type)) {
992             AV_ZERO128(mvd_dst);
993         } else {
994             AV_COPY64(mvd_dst, mvd_src + 8 * 3);
995             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 3, mvd_src + 3 + 8 * 0);
996             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 2, mvd_src + 3 + 8 * 1);
997             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 1, mvd_src + 3 + 8 * 2);
998         }
999     }
1000
1001     {
1002         int8_t *ref_index = &h->cur_pic.ref_index[list][b8_xy];
1003         int8_t *ref_cache = sl->ref_cache[list];
1004         ref_index[0 + 0 * 2] = ref_cache[scan8[0]];
1005         ref_index[1 + 0 * 2] = ref_cache[scan8[4]];
1006         ref_index[0 + 1 * 2] = ref_cache[scan8[8]];
1007         ref_index[1 + 1 * 2] = ref_cache[scan8[12]];
1008     }
1009 }
1010
1011 static av_always_inline void write_back_motion(H264Context *h,
1012                                                H264SliceContext *sl,
1013                                                int mb_type)
1014 {
1015     const int b_stride      = h->b_stride;
1016     const int b_xy  = 4 * h->mb_x + 4 * h->mb_y * h->b_stride; // try mb2b(8)_xy
1017     const int b8_xy = 4 * h->mb_xy;
1018
1019     if (USES_LIST(mb_type, 0)) {
1020         write_back_motion_list(h, sl, b_stride, b_xy, b8_xy, mb_type, 0);
1021     } else {
1022         fill_rectangle(&h->cur_pic.ref_index[0][b8_xy],
1023                        2, 2, 2, (uint8_t)LIST_NOT_USED, 1);
1024     }
1025     if (USES_LIST(mb_type, 1))
1026         write_back_motion_list(h, sl, b_stride, b_xy, b8_xy, mb_type, 1);
1027
1028     if (sl->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B && CABAC(h)) {
1029         if (IS_8X8(mb_type)) {
1030             uint8_t *direct_table = &h->direct_table[4 * h->mb_xy];
1031             direct_table[1] = sl->sub_mb_type[1] >> 1;
1032             direct_table[2] = sl->sub_mb_type[2] >> 1;
1033             direct_table[3] = sl->sub_mb_type[3] >> 1;
1034         }
1035     }
1036 }
1037
1038 static av_always_inline int get_dct8x8_allowed(H264Context *h, H264SliceContext *sl)
1039 {
1040     if (h->sps.direct_8x8_inference_flag)
1041         return !(AV_RN64A(sl->sub_mb_type) &
1042                  ((MB_TYPE_16x8 | MB_TYPE_8x16 | MB_TYPE_8x8) *
1043                   0x0001000100010001ULL));
1044     else
1045         return !(AV_RN64A(sl->sub_mb_type) &
1046                  ((MB_TYPE_16x8 | MB_TYPE_8x16 | MB_TYPE_8x8 | MB_TYPE_DIRECT2) *
1047                   0x0001000100010001ULL));
1048 }
1049
1050 int ff_h264_field_end(H264Context *h, int in_setup);
1051
1052 int ff_h264_ref_picture(H264Context *h, H264Picture *dst, H264Picture *src);
1053 void ff_h264_unref_picture(H264Context *h, H264Picture *pic);
1054
1055 int ff_h264_context_init(H264Context *h);
1056 int ff_h264_set_parameter_from_sps(H264Context *h);
1057
1058 void ff_h264_draw_horiz_band(H264Context *h, int y, int height);
1059 int ff_init_poc(H264Context *h, int pic_field_poc[2], int *pic_poc);
1060 int ff_pred_weight_table(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1061 int ff_set_ref_count(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1062
1063 int ff_h264_decode_slice_header(H264Context *h, H264SliceContext *sl, H264Context *h0);
1064 int ff_h264_execute_decode_slices(H264Context *h, unsigned context_count);
1065 int ff_h264_update_thread_context(AVCodecContext *dst,
1066                                   const AVCodecContext *src);
1067
1068 void ff_h264_flush_change(H264Context *h);
1069
1070 void ff_h264_free_tables(H264Context *h, int free_rbsp);
1071
1072 #endif /* AVCODEC_H264_H */