git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - 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 FFmpeg.
   6  *
   7  * FFmpeg 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  * FFmpeg 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 FFmpeg; 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 libavcodec/h264.h
  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 "dsputil.h"
  32 #include "cabac.h"
  33 #include "mpegvideo.h"
  34 #include "h264pred.h"
  35
  36 #define interlaced_dct interlaced_dct_is_a_bad_name
  37 #define mb_intra mb_intra_is_not_initialized_see_mb_type
  38
  39 #define LUMA_DC_BLOCK_INDEX   25
  40 #define CHROMA_DC_BLOCK_INDEX 26
  41
  42 #define CHROMA_DC_COEFF_TOKEN_VLC_BITS 8
  43 #define COEFF_TOKEN_VLC_BITS           8
  44 #define TOTAL_ZEROS_VLC_BITS           9
  45 #define CHROMA_DC_TOTAL_ZEROS_VLC_BITS 3
  46 #define RUN_VLC_BITS                   3
  47 #define RUN7_VLC_BITS                  6
  48
  49 #define MAX_SPS_COUNT 32
  50 #define MAX_PPS_COUNT 256
  51
  52 #define MAX_MMCO_COUNT 66
  53
  54 #define MAX_DELAYED_PIC_COUNT 16
  55
  56 /* Compiling in interlaced support reduces the speed
  57  * of progressive decoding by about 2%. */
  58 #define ALLOW_INTERLACE
  59
  60 #define ALLOW_NOCHROMA
  61
  62 /**
  63  * The maximum number of slices supported by the decoder.
  64  * must be a power of 2
  65  */
  66 #define MAX_SLICES 16
  67
  68 #ifdef ALLOW_INTERLACE
  69 #define MB_MBAFF h->mb_mbaff
  70 #define MB_FIELD h->mb_field_decoding_flag
  71 #define FRAME_MBAFF h->mb_aff_frame
  72 #define FIELD_PICTURE (s->picture_structure != PICT_FRAME)
  73 #else
  74 #define MB_MBAFF 0
  75 #define MB_FIELD 0
  76 #define FRAME_MBAFF 0
  77 #define FIELD_PICTURE 0
  78 #undef  IS_INTERLACED
  79 #define IS_INTERLACED(mb_type) 0
  80 #endif
  81 #define FIELD_OR_MBAFF_PICTURE (FRAME_MBAFF || FIELD_PICTURE)
  82
  83 #ifdef ALLOW_NOCHROMA
  84 #define CHROMA h->sps.chroma_format_idc
  85 #else
  86 #define CHROMA 1
  87 #endif
  88
  89 #define EXTENDED_SAR          255
  90
  91 #define MB_TYPE_REF0       MB_TYPE_ACPRED //dirty but it fits in 16 bit
  92 #define MB_TYPE_8x8DCT     0x01000000
  93 #define IS_REF0(a)         ((a) & MB_TYPE_REF0)
  94 #define IS_8x8DCT(a)       ((a) & MB_TYPE_8x8DCT)
  95
  96 /* NAL unit types */
  97 enum {
  98     NAL_SLICE=1,
  99     NAL_DPA,
 100     NAL_DPB,
 101     NAL_DPC,
 102     NAL_IDR_SLICE,
 103     NAL_SEI,
 104     NAL_SPS,
 105     NAL_PPS,
 106     NAL_AUD,
 107     NAL_END_SEQUENCE,
 108     NAL_END_STREAM,
 109     NAL_FILLER_DATA,
 110     NAL_SPS_EXT,
 111     NAL_AUXILIARY_SLICE=19
 112 };
 113
 114 /**
 115  * SEI message types
 116  */
 117 typedef enum {
 118     SEI_TYPE_PIC_TIMING              =  1, ///< picture timing
 119     SEI_TYPE_USER_DATA_UNREGISTERED  =  5, ///< unregistered user data
 120     SEI_TYPE_RECOVERY_POINT          =  6  ///< recovery point (frame # to decoder sync)
 121 } SEI_Type;
 122
 123 /**
 124  * pic_struct in picture timing SEI message
 125  */
 126 typedef enum {
 127     SEI_PIC_STRUCT_FRAME             = 0, ///<  0: %frame
 128     SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD         = 1, ///<  1: top field
 129     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD      = 2, ///<  2: bottom field
 130     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM        = 3, ///<  3: top field, bottom field, in that order
 131     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP        = 4, ///<  4: bottom field, top field, in that order
 132     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP    = 5, ///<  5: top field, bottom field, top field repeated, in that order
 133     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM = 6, ///<  6: bottom field, top field, bottom field repeated, in that order
 134     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING    = 7, ///<  7: %frame doubling
 135     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING    = 8  ///<  8: %frame tripling
 136 } SEI_PicStructType;
 137
 138 /**
 139  * Sequence parameter set
 140  */
 141 typedef struct SPS{
 142
 143     int profile_idc;
 144     int level_idc;
 145     int chroma_format_idc;
 146     int transform_bypass;              ///< qpprime_y_zero_transform_bypass_flag
 147     int log2_max_frame_num;            ///< log2_max_frame_num_minus4 + 4
 148     int poc_type;                      ///< pic_order_cnt_type
 149     int log2_max_poc_lsb;              ///< log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4
 150     int delta_pic_order_always_zero_flag;
 151     int offset_for_non_ref_pic;
 152     int offset_for_top_to_bottom_field;
 153     int poc_cycle_length;              ///< num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle
 154     int ref_frame_count;               ///< num_ref_frames
 155     int gaps_in_frame_num_allowed_flag;
 156     int mb_width;                      ///< pic_width_in_mbs_minus1 + 1
 157     int mb_height;                     ///< pic_height_in_map_units_minus1 + 1
 158     int frame_mbs_only_flag;
 159     int mb_aff;                        ///<mb_adaptive_frame_field_flag
 160     int direct_8x8_inference_flag;
 161     int crop;                   ///< frame_cropping_flag
 162     unsigned int crop_left;            ///< frame_cropping_rect_left_offset
 163     unsigned int crop_right;           ///< frame_cropping_rect_right_offset
 164     unsigned int crop_top;             ///< frame_cropping_rect_top_offset
 165     unsigned int crop_bottom;          ///< frame_cropping_rect_bottom_offset
 166     int vui_parameters_present_flag;
 167     AVRational sar;
 168     int timing_info_present_flag;
 169     uint32_t num_units_in_tick;
 170     uint32_t time_scale;
 171     int fixed_frame_rate_flag;
 172     short offset_for_ref_frame[256]; //FIXME dyn aloc?
 173     int bitstream_restriction_flag;
 174     int num_reorder_frames;
 175     int scaling_matrix_present;
 176     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
 177     uint8_t scaling_matrix8[2][64];
 178     int nal_hrd_parameters_present_flag;
 179     int vcl_hrd_parameters_present_flag;
 180     int pic_struct_present_flag;
 181     int time_offset_length;
 182     int cpb_removal_delay_length;      ///< cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
 183     int dpb_output_delay_length;       ///< dpb_output_delay_length_minus1 + 1
 184     int bit_depth_luma;                ///< bit_depth_luma_minus8 + 8
 185     int bit_depth_chroma;              ///< bit_depth_chroma_minus8 + 8
 186     int residual_color_transform_flag; ///< residual_colour_transform_flag
 187 }SPS;
 188
 189 /**
 190  * Picture parameter set
 191  */
 192 typedef struct PPS{
 193     unsigned int sps_id;
 194     int cabac;                  ///< entropy_coding_mode_flag
 195     int pic_order_present;      ///< pic_order_present_flag
 196     int slice_group_count;      ///< num_slice_groups_minus1 + 1
 197     int mb_slice_group_map_type;
 198     unsigned int ref_count[2];  ///< num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
 199     int weighted_pred;          ///< weighted_pred_flag
 200     int weighted_bipred_idc;
 201     int init_qp;                ///< pic_init_qp_minus26 + 26
 202     int init_qs;                ///< pic_init_qs_minus26 + 26
 203     int chroma_qp_index_offset[2];
 204     int deblocking_filter_parameters_present; ///< deblocking_filter_parameters_present_flag
 205     int constrained_intra_pred; ///< constrained_intra_pred_flag
 206     int redundant_pic_cnt_present; ///< redundant_pic_cnt_present_flag
 207     int transform_8x8_mode;     ///< transform_8x8_mode_flag
 208     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
 209     uint8_t scaling_matrix8[2][64];
 210     uint8_t chroma_qp_table[2][64];  ///< pre-scaled (with chroma_qp_index_offset) version of qp_table
 211     int chroma_qp_diff;
 212 }PPS;
 213
 214 /**
 215  * Memory management control operation opcode.
 216  */
 217 typedef enum MMCOOpcode{
 218     MMCO_END=0,
 219     MMCO_SHORT2UNUSED,
 220     MMCO_LONG2UNUSED,
 221     MMCO_SHORT2LONG,
 222     MMCO_SET_MAX_LONG,
 223     MMCO_RESET,
 224     MMCO_LONG,
 225 } MMCOOpcode;
 226
 227 /**
 228  * Memory management control operation.
 229  */
 230 typedef struct MMCO{
 231     MMCOOpcode opcode;
 232     int short_pic_num;  ///< pic_num without wrapping (pic_num & max_pic_num)
 233     int long_arg;       ///< index, pic_num, or num long refs depending on opcode
 234 } MMCO;
 235
 236 /**
 237  * H264Context
 238  */
 239 typedef struct H264Context{
 240     MpegEncContext s;
 241     int nal_ref_idc;
 242     int nal_unit_type;
 243     uint8_t *rbsp_buffer[2];
 244     unsigned int rbsp_buffer_size[2];
 245
 246     /**
 247       * Used to parse AVC variant of h264
 248       */
 249     int is_avc; ///< this flag is != 0 if codec is avc1
 250     int got_avcC; ///< flag used to parse avcC data only once
 251     int nal_length_size; ///< Number of bytes used for nal length (1, 2 or 4)
 252
 253     int chroma_qp[2]; //QPc
 254
 255     int prev_mb_skipped;
 256     int next_mb_skipped;
 257
 258     //prediction stuff
 259     int chroma_pred_mode;
 260     int intra16x16_pred_mode;
 261
 262     int top_mb_xy;
 263     int left_mb_xy[2];
 264
 265     int8_t intra4x4_pred_mode_cache[5*8];
 266     int8_t (*intra4x4_pred_mode)[8];
 267     H264PredContext hpc;
 268     unsigned int topleft_samples_available;
 269     unsigned int top_samples_available;
 270     unsigned int topright_samples_available;
 271     unsigned int left_samples_available;
 272     uint8_t (*top_borders[2])[16+2*8];
 273     uint8_t left_border[2*(17+2*9)];
 274
 275     /**
 276      * non zero coeff count cache.
 277      * is 64 if not available.
 278      */
 279     DECLARE_ALIGNED_8(uint8_t, non_zero_count_cache[6*8]);
 280     uint8_t (*non_zero_count)[16];
 281
 282     /**
 283      * Motion vector cache.
 284      */
 285     DECLARE_ALIGNED_8(int16_t, mv_cache[2][5*8][2]);
 286     DECLARE_ALIGNED_8(int8_t, ref_cache[2][5*8]);
 287 #define LIST_NOT_USED -1 //FIXME rename?
 288 #define PART_NOT_AVAILABLE -2
 289
 290     /**
 291      * is 1 if the specific list MV&references are set to 0,0,-2.
 292      */
 293     int mv_cache_clean[2];
 294
 295     /**
 296      * number of neighbors (top and/or left) that used 8x8 dct
 297      */
 298     int neighbor_transform_size;
 299
 300     /**
 301      * block_offset[ 0..23] for frame macroblocks
 302      * block_offset[24..47] for field macroblocks
 303      */
 304     int block_offset[2*(16+8)];
 305
 306     uint32_t *mb2b_xy; //FIXME are these 4 a good idea?
 307     uint32_t *mb2b8_xy;
 308     int b_stride; //FIXME use s->b4_stride
 309     int b8_stride;
 310
 311     int mb_linesize;   ///< may be equal to s->linesize or s->linesize*2, for mbaff
 312     int mb_uvlinesize;
 313
 314     int emu_edge_width;
 315     int emu_edge_height;
 316
 317     int halfpel_flag;
 318     int thirdpel_flag;
 319
 320     int unknown_svq3_flag;
 321     int next_slice_index;
 322
 323     SPS *sps_buffers[MAX_SPS_COUNT];
 324     SPS sps; ///< current sps
 325
 326     PPS *pps_buffers[MAX_PPS_COUNT];
 327     /**
 328      * current pps
 329      */
 330     PPS pps; //FIXME move to Picture perhaps? (->no) do we need that?
 331
 332     uint32_t dequant4_buffer[6][52][16];
 333     uint32_t dequant8_buffer[2][52][64];
 334     uint32_t (*dequant4_coeff[6])[16];
 335     uint32_t (*dequant8_coeff[2])[64];
 336     int dequant_coeff_pps;     ///< reinit tables when pps changes
 337
 338     int slice_num;
 339     uint16_t *slice_table_base;
 340     uint16_t *slice_table;     ///< slice_table_base + 2*mb_stride + 1
 341     int slice_type;
 342     int slice_type_nos;        ///< S free slice type (SI/SP are remapped to I/P)
 343     int slice_type_fixed;
 344
 345     //interlacing specific flags
 346     int mb_aff_frame;
 347     int mb_field_decoding_flag;
 348     int mb_mbaff;              ///< mb_aff_frame && mb_field_decoding_flag
 349
 350     uint16_t sub_mb_type[4];
 351
 352     //POC stuff
 353     int poc_lsb;
 354     int poc_msb;
 355     int delta_poc_bottom;
 356     int delta_poc[2];
 357     int frame_num;
 358     int prev_poc_msb;             ///< poc_msb of the last reference pic for POC type 0
 359     int prev_poc_lsb;             ///< poc_lsb of the last reference pic for POC type 0
 360     int frame_num_offset;         ///< for POC type 2
 361     int prev_frame_num_offset;    ///< for POC type 2
 362     int prev_frame_num;           ///< frame_num of the last pic for POC type 1/2
 363
 364     /**
 365      * frame_num for frames or 2*frame_num+1 for field pics.
 366      */
 367     int curr_pic_num;
 368
 369     /**
 370      * max_frame_num or 2*max_frame_num for field pics.
 371      */
 372     int max_pic_num;
 373
 374     //Weighted pred stuff
 375     int use_weight;
 376     int use_weight_chroma;
 377     int luma_log2_weight_denom;
 378     int chroma_log2_weight_denom;
 379     int luma_weight[2][48];
 380     int luma_offset[2][48];
 381     int chroma_weight[2][48][2];
 382     int chroma_offset[2][48][2];
 383     int implicit_weight[48][48];
 384
 385     //deblock
 386     int deblocking_filter;         ///< disable_deblocking_filter_idc with 1<->0
 387     int slice_alpha_c0_offset;
 388     int slice_beta_offset;
 389
 390     int redundant_pic_count;
 391
 392     int direct_spatial_mv_pred;
 393     int dist_scale_factor[16];
 394     int dist_scale_factor_field[2][32];
 395     int map_col_to_list0[2][16+32];
 396     int map_col_to_list0_field[2][2][16+32];
 397
 398     /**
 399      * num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
 400      */
 401     unsigned int ref_count[2];   ///< counts frames or fields, depending on current mb mode
 402     unsigned int list_count;
 403     Picture *short_ref[32];
 404     Picture *long_ref[32];
 405     Picture default_ref_list[2][32]; ///< base reference list for all slices of a coded picture
 406     Picture ref_list[2][48];         /**< 0..15: frame refs, 16..47: mbaff field refs.
 407                                           Reordered version of default_ref_list
 408                                           according to picture reordering in slice header */
 409     int ref2frm[MAX_SLICES][2][64];  ///< reference to frame number lists, used in the loop filter, the first 2 are for -2,-1
 410     Picture *delayed_pic[MAX_DELAYED_PIC_COUNT+2]; //FIXME size?
 411     int outputed_poc;
 412
 413     /**
 414      * memory management control operations buffer.
 415      */
 416     MMCO mmco[MAX_MMCO_COUNT];
 417     int mmco_index;
 418
 419     int long_ref_count;  ///< number of actual long term references
 420     int short_ref_count; ///< number of actual short term references
 421
 422     //data partitioning
 423     GetBitContext intra_gb;
 424     GetBitContext inter_gb;
 425     GetBitContext *intra_gb_ptr;
 426     GetBitContext *inter_gb_ptr;
 427
 428     DECLARE_ALIGNED_16(DCTELEM, mb[16*24]);
 429     DCTELEM mb_padding[256];        ///< 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
 430
 431     /**
 432      * Cabac
 433      */
 434     CABACContext cabac;
 435     uint8_t      cabac_state[460];
 436     int          cabac_init_idc;
 437
 438     /* 0x100 -> non null luma_dc, 0x80/0x40 -> non null chroma_dc (cb/cr), 0x?0 -> chroma_cbp(0,1,2), 0x0? luma_cbp */
 439     uint16_t     *cbp_table;
 440     int cbp;
 441     int top_cbp;
 442     int left_cbp;
 443     /* chroma_pred_mode for i4x4 or i16x16, else 0 */
 444     uint8_t     *chroma_pred_mode_table;
 445     int         last_qscale_diff;
 446     int16_t     (*mvd_table[2])[2];
 447     DECLARE_ALIGNED_8(int16_t, mvd_cache[2][5*8][2]);
 448     uint8_t     *direct_table;
 449     uint8_t     direct_cache[5*8];
 450
 451     uint8_t zigzag_scan[16];
 452     uint8_t zigzag_scan8x8[64];
 453     uint8_t zigzag_scan8x8_cavlc[64];
 454     uint8_t field_scan[16];
 455     uint8_t field_scan8x8[64];
 456     uint8_t field_scan8x8_cavlc[64];
 457     const uint8_t *zigzag_scan_q0;
 458     const uint8_t *zigzag_scan8x8_q0;
 459     const uint8_t *zigzag_scan8x8_cavlc_q0;
 460     const uint8_t *field_scan_q0;
 461     const uint8_t *field_scan8x8_q0;
 462     const uint8_t *field_scan8x8_cavlc_q0;
 463
 464     int x264_build;
 465
 466     /**
 467      * @defgroup multithreading Members for slice based multithreading
 468      * @{
 469      */
 470     struct H264Context *thread_context[MAX_THREADS];
 471
 472     /**
 473      * current slice number, used to initalize slice_num of each thread/context
 474      */
 475     int current_slice;
 476
 477     /**
 478      * Max number of threads / contexts.
 479      * This is equal to AVCodecContext.thread_count unless
 480      * multithreaded decoding is impossible, in which case it is
 481      * reduced to 1.
 482      */
 483     int max_contexts;
 484
 485     /**
 486      *  1 if the single thread fallback warning has already been
 487      *  displayed, 0 otherwise.
 488      */
 489     int single_decode_warning;
 490
 491     int last_slice_type;
 492     /** @} */
 493
 494     int mb_xy;
 495
 496     uint32_t svq3_watermark_key;
 497
 498     /**
 499      * pic_struct in picture timing SEI message
 500      */
 501     SEI_PicStructType sei_pic_struct;
 502
 503     /**
 504      * recovery_frame_cnt from SEI message
 505      *
 506      * Set to -1 if no recovery point SEI message found or to number of frames
 507      * before playback synchronizes. Frames having recovery point are key
 508      * frames.
 509      */
 510     int sei_recovery_frame_cnt;
 511
 512     int is_complex;
 513
 514     int luma_weight_flag[2];   ///< 7.4.3.2 luma_weight_lX_flag
 515     int chroma_weight_flag[2]; ///< 7.4.3.2 chroma_weight_lX_flag
 516 }H264Context;
 517
 518 #endif /* AVCODEC_H264_H */