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 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 "libavutil/thread.h"
  33 #include "cabac.h"
  34 #include "error_resilience.h"
  35 #include "get_bits.h"
  36 #include "h264_parse.h"
  37 #include "h264chroma.h"
  38 #include "h264dsp.h"
  39 #include "h264pred.h"
  40 #include "h264qpel.h"
  41 #include "internal.h"
  42 #include "mpegutils.h"
  43 #include "parser.h"
  44 #include "qpeldsp.h"
  45 #include "rectangle.h"
  46 #include "videodsp.h"
  47
  48 #define H264_MAX_PICTURE_COUNT 32
  49 #define H264_MAX_THREADS       16
  50
  51 #define MAX_SPS_COUNT          32
  52 #define MAX_PPS_COUNT         256
  53
  54 #define MAX_MMCO_COUNT         66
  55
  56 #define MAX_DELAYED_PIC_COUNT  16
  57
  58 /* Compiling in interlaced support reduces the speed
  59  * of progressive decoding by about 2%. */
  60 #define ALLOW_INTERLACE
  61
  62 #define FMO 0
  63
  64 /**
  65  * The maximum number of slices supported by the decoder.
  66  * must be a power of 2
  67  */
  68 #define MAX_SLICES 32
  69
  70 #ifdef ALLOW_INTERLACE
  71 #define MB_MBAFF(h)    h->mb_mbaff
  72 #define MB_FIELD(h)    h->mb_field_decoding_flag
  73 #define FRAME_MBAFF(h) h->mb_aff_frame
  74 #define FIELD_PICTURE(h) (h->picture_structure != PICT_FRAME)
  75 #define LEFT_MBS 2
  76 #define LTOP     0
  77 #define LBOT     1
  78 #define LEFT(i)  (i)
  79 #else
  80 #define MB_MBAFF(h)      0
  81 #define MB_FIELD(h)      0
  82 #define FRAME_MBAFF(h)   0
  83 #define FIELD_PICTURE(h) 0
  84 #undef  IS_INTERLACED
  85 #define IS_INTERLACED(mb_type) 0
  86 #define LEFT_MBS 1
  87 #define LTOP     0
  88 #define LBOT     0
  89 #define LEFT(i)  0
  90 #endif
  91 #define FIELD_OR_MBAFF_PICTURE(h) (FRAME_MBAFF(h) || FIELD_PICTURE(h))
  92
  93 #ifndef CABAC
  94 #define CABAC(h) h->pps.cabac
  95 #endif
  96
  97 #define CHROMA422(h) (h->sps.chroma_format_idc == 2)
  98 #define CHROMA444(h) (h->sps.chroma_format_idc == 3)
  99
 100 #define EXTENDED_SAR       255
 101
 102 #define MB_TYPE_REF0       MB_TYPE_ACPRED // dirty but it fits in 16 bit
 103 #define MB_TYPE_8x8DCT     0x01000000
 104 #define IS_REF0(a)         ((a) & MB_TYPE_REF0)
 105 #define IS_8x8DCT(a)       ((a) & MB_TYPE_8x8DCT)
 106
 107 #define QP_MAX_NUM (51 + 2 * 6)           // The maximum supported qp
 108
 109 /* NAL unit types */
 110 enum {
 111     NAL_SLICE           = 1,
 112     NAL_DPA             = 2,
 113     NAL_DPB             = 3,
 114     NAL_DPC             = 4,
 115     NAL_IDR_SLICE       = 5,
 116     NAL_SEI             = 6,
 117     NAL_SPS             = 7,
 118     NAL_PPS             = 8,
 119     NAL_AUD             = 9,
 120     NAL_END_SEQUENCE    = 10,
 121     NAL_END_STREAM      = 11,
 122     NAL_FILLER_DATA     = 12,
 123     NAL_SPS_EXT         = 13,
 124     NAL_AUXILIARY_SLICE = 19,
 125     NAL_FF_IGNORE       = 0xff0f001,
 126 };
 127
 128 /**
 129  * SEI message types
 130  */
 131 typedef enum {
 132     SEI_TYPE_BUFFERING_PERIOD       = 0,   ///< buffering period (H.264, D.1.1)
 133     SEI_TYPE_PIC_TIMING             = 1,   ///< picture timing
 134     SEI_TYPE_USER_DATA_REGISTERED   = 4,   ///< registered user data as specified by Rec. ITU-T T.35
 135     SEI_TYPE_USER_DATA_UNREGISTERED = 5,   ///< unregistered user data
 136     SEI_TYPE_RECOVERY_POINT         = 6,   ///< recovery point (frame # to decoder sync)
 137     SEI_TYPE_FRAME_PACKING          = 45,  ///< frame packing arrangement
 138     SEI_TYPE_DISPLAY_ORIENTATION    = 47,  ///< display orientation
 139 } SEI_Type;
 140
 141 /**
 142  * pic_struct in picture timing SEI message
 143  */
 144 typedef enum {
 145     SEI_PIC_STRUCT_FRAME             = 0, ///<  0: %frame
 146     SEI_PIC_STRUCT_TOP_FIELD         = 1, ///<  1: top field
 147     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_FIELD      = 2, ///<  2: bottom field
 148     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM        = 3, ///<  3: top field, bottom field, in that order
 149     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP        = 4, ///<  4: bottom field, top field, in that order
 150     SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM_TOP    = 5, ///<  5: top field, bottom field, top field repeated, in that order
 151     SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP_BOTTOM = 6, ///<  6: bottom field, top field, bottom field repeated, in that order
 152     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_DOUBLING    = 7, ///<  7: %frame doubling
 153     SEI_PIC_STRUCT_FRAME_TRIPLING    = 8  ///<  8: %frame tripling
 154 } SEI_PicStructType;
 155
 156 /**
 157  * Sequence parameter set
 158  */
 159 typedef struct SPS {
 160     unsigned int sps_id;
 161     int profile_idc;
 162     int level_idc;
 163     int chroma_format_idc;
 164     int transform_bypass;              ///< qpprime_y_zero_transform_bypass_flag
 165     int log2_max_frame_num;            ///< log2_max_frame_num_minus4 + 4
 166     int poc_type;                      ///< pic_order_cnt_type
 167     int log2_max_poc_lsb;              ///< log2_max_pic_order_cnt_lsb_minus4
 168     int delta_pic_order_always_zero_flag;
 169     int offset_for_non_ref_pic;
 170     int offset_for_top_to_bottom_field;
 171     int poc_cycle_length;              ///< num_ref_frames_in_pic_order_cnt_cycle
 172     int ref_frame_count;               ///< num_ref_frames
 173     int gaps_in_frame_num_allowed_flag;
 174     int mb_width;                      ///< pic_width_in_mbs_minus1 + 1
 175     int mb_height;                     ///< pic_height_in_map_units_minus1 + 1
 176     int frame_mbs_only_flag;
 177     int mb_aff;                        ///< mb_adaptive_frame_field_flag
 178     int direct_8x8_inference_flag;
 179     int crop;                          ///< frame_cropping_flag
 180
 181     /* those 4 are already in luma samples */
 182     unsigned int crop_left;            ///< frame_cropping_rect_left_offset
 183     unsigned int crop_right;           ///< frame_cropping_rect_right_offset
 184     unsigned int crop_top;             ///< frame_cropping_rect_top_offset
 185     unsigned int crop_bottom;          ///< frame_cropping_rect_bottom_offset
 186     int vui_parameters_present_flag;
 187     AVRational sar;
 188     int video_signal_type_present_flag;
 189     int full_range;
 190     int colour_description_present_flag;
 191     enum AVColorPrimaries color_primaries;
 192     enum AVColorTransferCharacteristic color_trc;
 193     enum AVColorSpace colorspace;
 194     int timing_info_present_flag;
 195     uint32_t num_units_in_tick;
 196     uint32_t time_scale;
 197     int fixed_frame_rate_flag;
 198     short offset_for_ref_frame[256]; // FIXME dyn aloc?
 199     int bitstream_restriction_flag;
 200     int num_reorder_frames;
 201     int scaling_matrix_present;
 202     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
 203     uint8_t scaling_matrix8[6][64];
 204     int nal_hrd_parameters_present_flag;
 205     int vcl_hrd_parameters_present_flag;
 206     int pic_struct_present_flag;
 207     int time_offset_length;
 208     int cpb_cnt;                          ///< See H.264 E.1.2
 209     int initial_cpb_removal_delay_length; ///< initial_cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
 210     int cpb_removal_delay_length;         ///< cpb_removal_delay_length_minus1 + 1
 211     int dpb_output_delay_length;          ///< dpb_output_delay_length_minus1 + 1
 212     int bit_depth_luma;                   ///< bit_depth_luma_minus8 + 8
 213     int bit_depth_chroma;                 ///< bit_depth_chroma_minus8 + 8
 214     int residual_color_transform_flag;    ///< residual_colour_transform_flag
 215     int constraint_set_flags;             ///< constraint_set[0-3]_flag
 216     int new;                              ///< flag to keep track if the decoder context needs re-init due to changed SPS
 217 } SPS;
 218
 219 /**
 220  * Picture parameter set
 221  */
 222 typedef struct PPS {
 223     unsigned int sps_id;
 224     int cabac;                  ///< entropy_coding_mode_flag
 225     int pic_order_present;      ///< pic_order_present_flag
 226     int slice_group_count;      ///< num_slice_groups_minus1 + 1
 227     int mb_slice_group_map_type;
 228     unsigned int ref_count[2];  ///< num_ref_idx_l0/1_active_minus1 + 1
 229     int weighted_pred;          ///< weighted_pred_flag
 230     int weighted_bipred_idc;
 231     int init_qp;                ///< pic_init_qp_minus26 + 26
 232     int init_qs;                ///< pic_init_qs_minus26 + 26
 233     int chroma_qp_index_offset[2];
 234     int deblocking_filter_parameters_present; ///< deblocking_filter_parameters_present_flag
 235     int constrained_intra_pred;     ///< constrained_intra_pred_flag
 236     int redundant_pic_cnt_present;  ///< redundant_pic_cnt_present_flag
 237     int transform_8x8_mode;         ///< transform_8x8_mode_flag
 238     uint8_t scaling_matrix4[6][16];
 239     uint8_t scaling_matrix8[6][64];
 240     uint8_t chroma_qp_table[2][64]; ///< pre-scaled (with chroma_qp_index_offset) version of qp_table
 241     int chroma_qp_diff;
 242 } PPS;
 243
 244 /**
 245  * Memory management control operation opcode.
 246  */
 247 typedef enum MMCOOpcode {
 248     MMCO_END = 0,
 249     MMCO_SHORT2UNUSED,
 250     MMCO_LONG2UNUSED,
 251     MMCO_SHORT2LONG,
 252     MMCO_SET_MAX_LONG,
 253     MMCO_RESET,
 254     MMCO_LONG,
 255 } MMCOOpcode;
 256
 257 /**
 258  * Memory management control operation.
 259  */
 260 typedef struct MMCO {
 261     MMCOOpcode opcode;
 262     int short_pic_num;  ///< pic_num without wrapping (pic_num & max_pic_num)
 263     int long_arg;       ///< index, pic_num, or num long refs depending on opcode
 264 } MMCO;
 265
 266 typedef struct H264Picture {
 267     AVFrame *f;
 268     ThreadFrame tf;
 269
 270     AVBufferRef *qscale_table_buf;
 271     int8_t *qscale_table;
 272
 273     AVBufferRef *motion_val_buf[2];
 274     int16_t (*motion_val[2])[2];
 275
 276     AVBufferRef *mb_type_buf;
 277     uint32_t *mb_type;
 278
 279     AVBufferRef *hwaccel_priv_buf;
 280     void *hwaccel_picture_private; ///< hardware accelerator private data
 281
 282     AVBufferRef *ref_index_buf[2];
 283     int8_t *ref_index[2];
 284
 285     int field_poc[2];       ///< top/bottom POC
 286     int poc;                ///< frame POC
 287     int frame_num;          ///< frame_num (raw frame_num from slice header)
 288     int mmco_reset;         /**< MMCO_RESET set this 1. Reordering code must
 289                                  not mix pictures before and after MMCO_RESET. */
 290     int pic_id;             /**< pic_num (short -> no wrap version of pic_num,
 291                                  pic_num & max_pic_num; long -> long_pic_num) */
 292     int long_ref;           ///< 1->long term reference 0->short term reference
 293     int ref_poc[2][2][32];  ///< POCs of the frames used as reference (FIXME need per slice)
 294     int ref_count[2][2];    ///< number of entries in ref_poc         (FIXME need per slice)
 295     int mbaff;              ///< 1 -> MBAFF frame 0-> not MBAFF
 296     int field_picture;      ///< whether or not picture was encoded in separate fields
 297
 298     int reference;
 299     int recovered;          ///< picture at IDR or recovery point + recovery count
 300 } H264Picture;
 301
 302 typedef struct H264Ref {
 303     uint8_t *data[3];
 304     int linesize[3];
 305
 306     int reference;
 307     int poc;
 308     int pic_id;
 309
 310     H264Picture *parent;
 311 } H264Ref;
 312
 313 typedef struct H264SliceContext {
 314     struct H264Context *h264;
 315     GetBitContext gb;
 316     ERContext er;
 317
 318     int slice_num;
 319     int slice_type;
 320     int slice_type_nos;         ///< S free slice type (SI/SP are remapped to I/P)
 321     int slice_type_fixed;
 322
 323     int qscale;
 324     int chroma_qp[2];   // QPc
 325     int qp_thresh;      ///< QP threshold to skip loopfilter
 326     int last_qscale_diff;
 327
 328     // deblock
 329     int deblocking_filter;          ///< disable_deblocking_filter_idc with 1 <-> 0
 330     int slice_alpha_c0_offset;
 331     int slice_beta_offset;
 332
 333     H264PredWeightTable pwt;
 334
 335     int prev_mb_skipped;
 336     int next_mb_skipped;
 337
 338     int chroma_pred_mode;
 339     int intra16x16_pred_mode;
 340
 341     int8_t intra4x4_pred_mode_cache[5 * 8];
 342     int8_t(*intra4x4_pred_mode);
 343
 344     int topleft_mb_xy;
 345     int top_mb_xy;
 346     int topright_mb_xy;
 347     int left_mb_xy[LEFT_MBS];
 348
 349     int topleft_type;
 350     int top_type;
 351     int topright_type;
 352     int left_type[LEFT_MBS];
 353
 354     const uint8_t *left_block;
 355     int topleft_partition;
 356
 357     unsigned int topleft_samples_available;
 358     unsigned int top_samples_available;
 359     unsigned int topright_samples_available;
 360     unsigned int left_samples_available;
 361
 362     ptrdiff_t linesize, uvlinesize;
 363     ptrdiff_t mb_linesize;  ///< may be equal to s->linesize or s->linesize * 2, for mbaff
 364     ptrdiff_t mb_uvlinesize;
 365
 366     int mb_x, mb_y;
 367     int mb_xy;
 368     int resync_mb_x;
 369     int resync_mb_y;
 370     // index of the first MB of the next slice
 371     int next_slice_idx;
 372     int mb_skip_run;
 373     int is_complex;
 374
 375     int mb_field_decoding_flag;
 376     int mb_mbaff;               ///< mb_aff_frame && mb_field_decoding_flag
 377
 378     int redundant_pic_count;
 379
 380     /**
 381      * number of neighbors (top and/or left) that used 8x8 dct
 382      */
 383     int neighbor_transform_size;
 384
 385     int direct_spatial_mv_pred;
 386     int col_parity;
 387     int col_fieldoff;
 388
 389     int cbp;
 390     int top_cbp;
 391     int left_cbp;
 392
 393     int dist_scale_factor[32];
 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     H264Ref ref_list[2][48];        /**< 0..15: frame refs, 16..47: mbaff field refs.
 404                                          *   Reordered version of default_ref_list
 405                                          *   according to picture reordering in slice header */
 406     int ref2frm[MAX_SLICES][2][64];     ///< reference to frame number lists, used in the loop filter, the first 2 are for -2,-1
 407
 408     const uint8_t *intra_pcm_ptr;
 409     int16_t *dc_val_base;
 410
 411     uint8_t *bipred_scratchpad;
 412     uint8_t *edge_emu_buffer;
 413     uint8_t (*top_borders[2])[(16 * 3) * 2];
 414     int bipred_scratchpad_allocated;
 415     int edge_emu_buffer_allocated;
 416     int top_borders_allocated[2];
 417
 418     /**
 419      * non zero coeff count cache.
 420      * is 64 if not available.
 421      */
 422     DECLARE_ALIGNED(8, uint8_t, non_zero_count_cache)[15 * 8];
 423
 424     /**
 425      * Motion vector cache.
 426      */
 427     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mv_cache)[2][5 * 8][2];
 428     DECLARE_ALIGNED(8,  int8_t, ref_cache)[2][5 * 8];
 429     DECLARE_ALIGNED(16, uint8_t, mvd_cache)[2][5 * 8][2];
 430     uint8_t direct_cache[5 * 8];
 431
 432     DECLARE_ALIGNED(8, uint16_t, sub_mb_type)[4];
 433
 434     ///< as a dct coeffecient is int32_t in high depth, we need to reserve twice the space.
 435     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mb)[16 * 48 * 2];
 436     DECLARE_ALIGNED(16, int16_t, mb_luma_dc)[3][16 * 2];
 437     ///< as mb is addressed by scantable[i] and scantable is uint8_t we can either
 438     ///< check that i is not too large or ensure that there is some unused stuff after mb
 439     int16_t mb_padding[256 * 2];
 440
 441     uint8_t (*mvd_table[2])[2];
 442
 443     /**
 444      * Cabac
 445      */
 446     CABACContext cabac;
 447     uint8_t cabac_state[1024];
 448     int cabac_init_idc;
 449
 450     // rbsp buffer used for this slice
 451     uint8_t *rbsp_buffer;
 452     unsigned int rbsp_buffer_size;
 453 } H264SliceContext;
 454
 455 /**
 456  * H264Context
 457  */
 458 typedef struct H264Context {
 459     const AVClass *class;
 460     AVCodecContext *avctx;
 461     VideoDSPContext vdsp;
 462     H264DSPContext h264dsp;
 463     H264ChromaContext h264chroma;
 464     H264QpelContext h264qpel;
 465     GetBitContext gb;
 466
 467     H264Picture DPB[H264_MAX_PICTURE_COUNT];
 468     H264Picture *cur_pic_ptr;
 469     H264Picture cur_pic;
 470
 471     H264SliceContext *slice_ctx;
 472     int            nb_slice_ctx;
 473
 474     int pixel_shift;    ///< 0 for 8-bit H264, 1 for high-bit-depth H264
 475
 476     /* coded dimensions -- 16 * mb w/h */
 477     int width, height;
 478     int chroma_x_shift, chroma_y_shift;
 479
 480     int droppable;
 481     int coded_picture_number;
 482     int low_delay;
 483
 484     int context_initialized;
 485     int flags;
 486     int workaround_bugs;
 487
 488     int8_t(*intra4x4_pred_mode);
 489     H264PredContext hpc;
 490
 491     uint8_t (*non_zero_count)[48];
 492
 493 #define LIST_NOT_USED -1 // FIXME rename?
 494 #define PART_NOT_AVAILABLE -2
 495
 496     /**
 497      * block_offset[ 0..23] for frame macroblocks
 498      * block_offset[24..47] for field macroblocks
 499      */
 500     int block_offset[2 * (16 * 3)];
 501
 502     uint32_t *mb2b_xy;  // FIXME are these 4 a good idea?
 503     uint32_t *mb2br_xy;
 504     int b_stride;       // FIXME use s->b4_stride
 505
 506     SPS sps; ///< current sps
 507     PPS pps; ///< current pps
 508
 509     uint32_t dequant4_buffer[6][QP_MAX_NUM + 1][16]; // FIXME should these be moved down?
 510     uint32_t dequant8_buffer[6][QP_MAX_NUM + 1][64];
 511     uint32_t(*dequant4_coeff[6])[16];
 512     uint32_t(*dequant8_coeff[6])[64];
 513
 514     uint16_t *slice_table;      ///< slice_table_base + 2*mb_stride + 1
 515
 516     // interlacing specific flags
 517     int mb_aff_frame;
 518     int picture_structure;
 519     int first_field;
 520
 521     uint8_t *list_counts;               ///< Array of list_count per MB specifying the slice type
 522
 523     /* 0x100 -> non null luma_dc, 0x80/0x40 -> non null chroma_dc (cb/cr), 0x?0 -> chroma_cbp(0, 1, 2), 0x0? luma_cbp */
 524     uint16_t *cbp_table;
 525
 526     /* chroma_pred_mode for i4x4 or i16x16, else 0 */
 527     uint8_t *chroma_pred_mode_table;
 528     uint8_t (*mvd_table[2])[2];
 529     uint8_t *direct_table;
 530
 531     uint8_t zigzag_scan[16];
 532     uint8_t zigzag_scan8x8[64];
 533     uint8_t zigzag_scan8x8_cavlc[64];
 534     uint8_t field_scan[16];
 535     uint8_t field_scan8x8[64];
 536     uint8_t field_scan8x8_cavlc[64];
 537     const uint8_t *zigzag_scan_q0;
 538     const uint8_t *zigzag_scan8x8_q0;
 539     const uint8_t *zigzag_scan8x8_cavlc_q0;
 540     const uint8_t *field_scan_q0;
 541     const uint8_t *field_scan8x8_q0;
 542     const uint8_t *field_scan8x8_cavlc_q0;
 543
 544     int x264_build;
 545
 546     int mb_y;
 547     int mb_height, mb_width;
 548     int mb_stride;
 549     int mb_num;
 550
 551     // =============================================================
 552     // Things below are not used in the MB or more inner code
 553
 554     int nal_ref_idc;
 555     int nal_unit_type;
 556
 557     /**
 558      * Used to parse AVC variant of h264
 559      */
 560     int is_avc;           ///< this flag is != 0 if codec is avc1
 561     int nal_length_size;  ///< Number of bytes used for nal length (1, 2 or 4)
 562
 563     int bit_depth_luma;         ///< luma bit depth from sps to detect changes
 564     int chroma_format_idc;      ///< chroma format from sps to detect changes
 565
 566     SPS *sps_buffers[MAX_SPS_COUNT];
 567     PPS *pps_buffers[MAX_PPS_COUNT];
 568
 569     int dequant_coeff_pps;      ///< reinit tables when pps changes
 570
 571     uint16_t *slice_table_base;
 572
 573     // POC stuff
 574     int poc_lsb;
 575     int poc_msb;
 576     int delta_poc_bottom;
 577     int delta_poc[2];
 578     int frame_num;
 579     int prev_poc_msb;           ///< poc_msb of the last reference pic for POC type 0
 580     int prev_poc_lsb;           ///< poc_lsb of the last reference pic for POC type 0
 581     int frame_num_offset;       ///< for POC type 2
 582     int prev_frame_num_offset;  ///< for POC type 2
 583     int prev_frame_num;         ///< frame_num of the last pic for POC type 1/2
 584
 585     /**
 586      * frame_num for frames or 2 * frame_num + 1 for field pics.
 587      */
 588     int curr_pic_num;
 589
 590     /**
 591      * max_frame_num or 2 * max_frame_num for field pics.
 592      */
 593     int max_pic_num;
 594
 595     H264Picture *short_ref[32];
 596     H264Picture *long_ref[32];
 597     H264Picture *delayed_pic[MAX_DELAYED_PIC_COUNT + 2]; // FIXME size?
 598     int last_pocs[MAX_DELAYED_PIC_COUNT];
 599     H264Picture *next_output_pic;
 600     int next_outputed_poc;
 601
 602     /**
 603      * memory management control operations buffer.
 604      */
 605     MMCO mmco[MAX_MMCO_COUNT];
 606     int mmco_index;
 607     int mmco_reset;
 608
 609     int long_ref_count;     ///< number of actual long term references
 610     int short_ref_count;    ///< number of actual short term references
 611
 612     /**
 613      * @name Members for slice based multithreading
 614      * @{
 615      */
 616     /**
 617      * current slice number, used to initalize slice_num of each thread/context
 618      */
 619     int current_slice;
 620
 621     /**
 622      * Max number of threads / contexts.
 623      * This is equal to AVCodecContext.thread_count unless
 624      * multithreaded decoding is impossible, in which case it is
 625      * reduced to 1.
 626      */
 627     int max_contexts;
 628
 629     int slice_context_count;
 630
 631     /**
 632      *  1 if the single thread fallback warning has already been
 633      *  displayed, 0 otherwise.
 634      */
 635     int single_decode_warning;
 636
 637     enum AVPictureType pict_type;
 638
 639     /** @} */
 640
 641     /**
 642      * pic_struct in picture timing SEI message
 643      */
 644     SEI_PicStructType sei_pic_struct;
 645
 646     /**
 647      * Complement sei_pic_struct
 648      * SEI_PIC_STRUCT_TOP_BOTTOM and SEI_PIC_STRUCT_BOTTOM_TOP indicate interlaced frames.
 649      * However, soft telecined frames may have these values.
 650      * This is used in an attempt to flag soft telecine progressive.
 651      */
 652     int prev_interlaced_frame;
 653
 654     /**
 655      * frame_packing_arrangment SEI message
 656      */
 657     int sei_frame_packing_present;
 658     int frame_packing_arrangement_type;
 659     int content_interpretation_type;
 660     int quincunx_subsampling;
 661
 662     /**
 663      * display orientation SEI message
 664      */
 665     int sei_display_orientation_present;
 666     int sei_anticlockwise_rotation;
 667     int sei_hflip, sei_vflip;
 668
 669     /**
 670      * User data registered by Rec. ITU-T T.35 SEI
 671      */
 672     int sei_reguserdata_afd_present;
 673     uint8_t active_format_description;
 674     int a53_caption_size;
 675     uint8_t *a53_caption;
 676
 677     /**
 678      * Bit set of clock types for fields/frames in picture timing SEI message.
 679      * For each found ct_type, appropriate bit is set (e.g., bit 1 for
 680      * interlaced).
 681      */
 682     int sei_ct_type;
 683
 684     /**
 685      * dpb_output_delay in picture timing SEI message, see H.264 C.2.2
 686      */
 687     int sei_dpb_output_delay;
 688
 689     /**
 690      * cpb_removal_delay in picture timing SEI message, see H.264 C.1.2
 691      */
 692     int sei_cpb_removal_delay;
 693
 694     /**
 695      * recovery_frame_cnt from SEI message
 696      *
 697      * Set to -1 if no recovery point SEI message found or to number of frames
 698      * before playback synchronizes. Frames having recovery point are key
 699      * frames.
 700      */
 701     int sei_recovery_frame_cnt;
 702
 703     /**
 704      * recovery_frame is the frame_num at which the next frame should
 705      * be fully constructed.
 706      *
 707      * Set to -1 when not expecting a recovery point.
 708      */
 709     int recovery_frame;
 710
 711 /**
 712  * We have seen an IDR, so all the following frames in coded order are correctly
 713  * decodable.
 714  */
 715 #define FRAME_RECOVERED_IDR  (1 << 0)
 716 /**
 717  * Sufficient number of frames have been decoded since a SEI recovery point,
 718  * so all the following frames in presentation order are correct.
 719  */
 720 #define FRAME_RECOVERED_SEI  (1 << 1)
 721
 722     int frame_recovered;    ///< Initial frame has been completely recovered
 723
 724     /* for frame threading, this is set to 1
 725      * after finish_setup() has been called, so we cannot modify
 726      * some context properties (which are supposed to stay constant between
 727      * slices) anymore */
 728     int setup_finished;
 729
 730     // Timestamp stuff
 731     int sei_buffering_period_present;   ///< Buffering period SEI flag
 732     int initial_cpb_removal_delay[32];  ///< Initial timestamps for CPBs
 733
 734     int enable_er;
 735
 736     AVBufferPool *qscale_table_pool;
 737     AVBufferPool *mb_type_pool;
 738     AVBufferPool *motion_val_pool;
 739     AVBufferPool *ref_index_pool;
 740
 741     /* Motion Estimation */
 742     qpel_mc_func (*qpel_put)[16];
 743     qpel_mc_func (*qpel_avg)[16];
 744 } H264Context;
 745
 746 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).
 747 extern const uint16_t ff_h264_mb_sizes[4];
 748
 749 /**
 750  * Decode SEI
 751  */
 752 int ff_h264_decode_sei(H264Context *h);
 753
 754 /**
 755  * Decode SPS
 756  */
 757 int ff_h264_decode_seq_parameter_set(H264Context *h);
 758
 759 /**
 760  * compute profile from sps
 761  */
 762 int ff_h264_get_profile(SPS *sps);
 763
 764 /**
 765  * Decode PPS
 766  */
 767 int ff_h264_decode_picture_parameter_set(H264Context *h, int bit_length);
 768
 769 /**
 770  * Decode a network abstraction layer unit.
 771  * @param consumed is the number of bytes used as input
 772  * @param length is the length of the array
 773  * @param dst_length is the number of decoded bytes FIXME here
 774  *                   or a decode rbsp tailing?
 775  * @return decoded bytes, might be src+1 if no escapes
 776  */
 777 const uint8_t *ff_h264_decode_nal(H264Context *h, H264SliceContext *sl, const uint8_t *src,
 778                                   int *dst_length, int *consumed, int length);
 779
 780 /**
 781  * Free any data that may have been allocated in the H264 context
 782  * like SPS, PPS etc.
 783  */
 784 void ff_h264_free_context(H264Context *h);
 785
 786 /**
 787  * Reconstruct bitstream slice_type.
 788  */
 789 int ff_h264_get_slice_type(const H264SliceContext *sl);
 790
 791 /**
 792  * Allocate tables.
 793  * needs width/height
 794  */
 795 int ff_h264_alloc_tables(H264Context *h);
 796
 797 int ff_h264_decode_ref_pic_list_reordering(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
 798 void ff_h264_fill_mbaff_ref_list(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
 799 void ff_h264_remove_all_refs(H264Context *h);
 800
 801 /**
 802  * Execute the reference picture marking (memory management control operations).
 803  */
 804 int ff_h264_execute_ref_pic_marking(H264Context *h, MMCO *mmco, int mmco_count);
 805
 806 int ff_h264_decode_ref_pic_marking(H264Context *h, GetBitContext *gb,
 807                                    int first_slice);
 808
 809 int ff_generate_sliding_window_mmcos(H264Context *h, int first_slice);
 810
 811 void ff_h264_hl_decode_mb(const H264Context *h, H264SliceContext *sl);
 812 int ff_h264_decode_extradata(H264Context *h);
 813 int ff_h264_decode_init(AVCodecContext *avctx);
 814 void ff_h264_decode_init_vlc(void);
 815
 816 /**
 817  * Decode a macroblock
 818  * @return 0 if OK, ER_AC_ERROR / ER_DC_ERROR / ER_MV_ERROR on error
 819  */
 820 int ff_h264_decode_mb_cavlc(const H264Context *h, H264SliceContext *sl);
 821
 822 /**
 823  * Decode a CABAC coded macroblock
 824  * @return 0 if OK, ER_AC_ERROR / ER_DC_ERROR / ER_MV_ERROR on error
 825  */
 826 int ff_h264_decode_mb_cabac(const H264Context *h, H264SliceContext *sl);
 827
 828 void ff_h264_init_cabac_states(const H264Context *h, H264SliceContext *sl);
 829
 830 void h264_init_dequant_tables(H264Context *h);
 831
 832 void ff_h264_direct_dist_scale_factor(const H264Context *const h, H264SliceContext *sl);
 833 void ff_h264_direct_ref_list_init(const H264Context *const h, H264SliceContext *sl);
 834 void ff_h264_pred_direct_motion(const H264Context *const h, H264SliceContext *sl,
 835                                 int *mb_type);
 836
 837 void ff_h264_filter_mb_fast(const H264Context *h, H264SliceContext *sl, int mb_x, int mb_y,
 838                             uint8_t *img_y, uint8_t *img_cb, uint8_t *img_cr,
 839                             unsigned int linesize, unsigned int uvlinesize);
 840 void ff_h264_filter_mb(const H264Context *h, H264SliceContext *sl, int mb_x, int mb_y,
 841                        uint8_t *img_y, uint8_t *img_cb, uint8_t *img_cr,
 842                        unsigned int linesize, unsigned int uvlinesize);
 843
 844 /**
 845  * Reset SEI values at the beginning of the frame.
 846  *
 847  * @param h H.264 context.
 848  */
 849 void ff_h264_reset_sei(H264Context *h);
 850
 851 /*
 852  * o-o o-o
 853  *  / / /
 854  * o-o o-o
 855  *  ,---'
 856  * o-o o-o
 857  *  / / /
 858  * o-o o-o
 859  */
 860
 861 /* Scan8 organization:
 862  *    0 1 2 3 4 5 6 7
 863  * 0  DY    y y y y y
 864  * 1        y Y Y Y Y
 865  * 2        y Y Y Y Y
 866  * 3        y Y Y Y Y
 867  * 4        y Y Y Y Y
 868  * 5  DU    u u u u u
 869  * 6        u U U U U
 870  * 7        u U U U U
 871  * 8        u U U U U
 872  * 9        u U U U U
 873  * 10 DV    v v v v v
 874  * 11       v V V V V
 875  * 12       v V V V V
 876  * 13       v V V V V
 877  * 14       v V V V V
 878  * DY/DU/DV are for luma/chroma DC.
 879  */
 880
 881 #define LUMA_DC_BLOCK_INDEX   48
 882 #define CHROMA_DC_BLOCK_INDEX 49
 883
 884 // This table must be here because scan8[constant] must be known at compiletime
 885 static const uint8_t scan8[16 * 3 + 3] = {
 886     4 +  1 * 8, 5 +  1 * 8, 4 +  2 * 8, 5 +  2 * 8,
 887     6 +  1 * 8, 7 +  1 * 8, 6 +  2 * 8, 7 +  2 * 8,
 888     4 +  3 * 8, 5 +  3 * 8, 4 +  4 * 8, 5 +  4 * 8,
 889     6 +  3 * 8, 7 +  3 * 8, 6 +  4 * 8, 7 +  4 * 8,
 890     4 +  6 * 8, 5 +  6 * 8, 4 +  7 * 8, 5 +  7 * 8,
 891     6 +  6 * 8, 7 +  6 * 8, 6 +  7 * 8, 7 +  7 * 8,
 892     4 +  8 * 8, 5 +  8 * 8, 4 +  9 * 8, 5 +  9 * 8,
 893     6 +  8 * 8, 7 +  8 * 8, 6 +  9 * 8, 7 +  9 * 8,
 894     4 + 11 * 8, 5 + 11 * 8, 4 + 12 * 8, 5 + 12 * 8,
 895     6 + 11 * 8, 7 + 11 * 8, 6 + 12 * 8, 7 + 12 * 8,
 896     4 + 13 * 8, 5 + 13 * 8, 4 + 14 * 8, 5 + 14 * 8,
 897     6 + 13 * 8, 7 + 13 * 8, 6 + 14 * 8, 7 + 14 * 8,
 898     0 +  0 * 8, 0 +  5 * 8, 0 + 10 * 8
 899 };
 900
 901 static av_always_inline uint32_t pack16to32(int a, int b)
 902 {
 903 #if HAVE_BIGENDIAN
 904     return (b & 0xFFFF) + (a << 16);
 905 #else
 906     return (a & 0xFFFF) + (b << 16);
 907 #endif
 908 }
 909
 910 static av_always_inline uint16_t pack8to16(int a, int b)
 911 {
 912 #if HAVE_BIGENDIAN
 913     return (b & 0xFF) + (a << 8);
 914 #else
 915     return (a & 0xFF) + (b << 8);
 916 #endif
 917 }
 918
 919 /**
 920  * Get the chroma qp.
 921  */
 922 static av_always_inline int get_chroma_qp(const H264Context *h, int t, int qscale)
 923 {
 924     return h->pps.chroma_qp_table[t][qscale];
 925 }
 926
 927 /**
 928  * Get the predicted intra4x4 prediction mode.
 929  */
 930 static av_always_inline int pred_intra_mode(const H264Context *h,
 931                                             H264SliceContext *sl, int n)
 932 {
 933     const int index8 = scan8[n];
 934     const int left   = sl->intra4x4_pred_mode_cache[index8 - 1];
 935     const int top    = sl->intra4x4_pred_mode_cache[index8 - 8];
 936     const int min    = FFMIN(left, top);
 937
 938     ff_tlog(h->avctx, "mode:%d %d min:%d\n", left, top, min);
 939
 940     if (min < 0)
 941         return DC_PRED;
 942     else
 943         return min;
 944 }
 945
 946 static av_always_inline void write_back_intra_pred_mode(const H264Context *h,
 947                                                         H264SliceContext *sl)
 948 {
 949     int8_t *i4x4       = sl->intra4x4_pred_mode + h->mb2br_xy[sl->mb_xy];
 950     int8_t *i4x4_cache = sl->intra4x4_pred_mode_cache;
 951
 952     AV_COPY32(i4x4, i4x4_cache + 4 + 8 * 4);
 953     i4x4[4] = i4x4_cache[7 + 8 * 3];
 954     i4x4[5] = i4x4_cache[7 + 8 * 2];
 955     i4x4[6] = i4x4_cache[7 + 8 * 1];
 956 }
 957
 958 static av_always_inline void write_back_non_zero_count(const H264Context *h,
 959                                                        H264SliceContext *sl)
 960 {
 961     const int mb_xy    = sl->mb_xy;
 962     uint8_t *nnz       = h->non_zero_count[mb_xy];
 963     uint8_t *nnz_cache = sl->non_zero_count_cache;
 964
 965     AV_COPY32(&nnz[ 0], &nnz_cache[4 + 8 * 1]);
 966     AV_COPY32(&nnz[ 4], &nnz_cache[4 + 8 * 2]);
 967     AV_COPY32(&nnz[ 8], &nnz_cache[4 + 8 * 3]);
 968     AV_COPY32(&nnz[12], &nnz_cache[4 + 8 * 4]);
 969     AV_COPY32(&nnz[16], &nnz_cache[4 + 8 * 6]);
 970     AV_COPY32(&nnz[20], &nnz_cache[4 + 8 * 7]);
 971     AV_COPY32(&nnz[32], &nnz_cache[4 + 8 * 11]);
 972     AV_COPY32(&nnz[36], &nnz_cache[4 + 8 * 12]);
 973
 974     if (!h->chroma_y_shift) {
 975         AV_COPY32(&nnz[24], &nnz_cache[4 + 8 * 8]);
 976         AV_COPY32(&nnz[28], &nnz_cache[4 + 8 * 9]);
 977         AV_COPY32(&nnz[40], &nnz_cache[4 + 8 * 13]);
 978         AV_COPY32(&nnz[44], &nnz_cache[4 + 8 * 14]);
 979     }
 980 }
 981
 982 static av_always_inline void write_back_motion_list(const H264Context *h,
 983                                                     H264SliceContext *sl,
 984                                                     int b_stride,
 985                                                     int b_xy, int b8_xy,
 986                                                     int mb_type, int list)
 987 {
 988     int16_t(*mv_dst)[2] = &h->cur_pic.motion_val[list][b_xy];
 989     int16_t(*mv_src)[2] = &sl->mv_cache[list][scan8[0]];
 990     AV_COPY128(mv_dst + 0 * b_stride, mv_src + 8 * 0);
 991     AV_COPY128(mv_dst + 1 * b_stride, mv_src + 8 * 1);
 992     AV_COPY128(mv_dst + 2 * b_stride, mv_src + 8 * 2);
 993     AV_COPY128(mv_dst + 3 * b_stride, mv_src + 8 * 3);
 994     if (CABAC(h)) {
 995         uint8_t (*mvd_dst)[2] = &sl->mvd_table[list][FMO ? 8 * sl->mb_xy
 996                                                         : h->mb2br_xy[sl->mb_xy]];
 997         uint8_t(*mvd_src)[2]  = &sl->mvd_cache[list][scan8[0]];
 998         if (IS_SKIP(mb_type)) {
 999             AV_ZERO128(mvd_dst);
1000         } else {
1001             AV_COPY64(mvd_dst, mvd_src + 8 * 3);
1002             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 3, mvd_src + 3 + 8 * 0);
1003             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 2, mvd_src + 3 + 8 * 1);
1004             AV_COPY16(mvd_dst + 3 + 1, mvd_src + 3 + 8 * 2);
1005         }
1006     }
1007
1008     {
1009         int8_t *ref_index = &h->cur_pic.ref_index[list][b8_xy];
1010         int8_t *ref_cache = sl->ref_cache[list];
1011         ref_index[0 + 0 * 2] = ref_cache[scan8[0]];
1012         ref_index[1 + 0 * 2] = ref_cache[scan8[4]];
1013         ref_index[0 + 1 * 2] = ref_cache[scan8[8]];
1014         ref_index[1 + 1 * 2] = ref_cache[scan8[12]];
1015     }
1016 }
1017
1018 static av_always_inline void write_back_motion(const H264Context *h,
1019                                                H264SliceContext *sl,
1020                                                int mb_type)
1021 {
1022     const int b_stride      = h->b_stride;
1023     const int b_xy  = 4 * sl->mb_x + 4 * sl->mb_y * h->b_stride; // try mb2b(8)_xy
1024     const int b8_xy = 4 * sl->mb_xy;
1025
1026     if (USES_LIST(mb_type, 0)) {
1027         write_back_motion_list(h, sl, b_stride, b_xy, b8_xy, mb_type, 0);
1028     } else {
1029         fill_rectangle(&h->cur_pic.ref_index[0][b8_xy],
1030                        2, 2, 2, (uint8_t)LIST_NOT_USED, 1);
1031     }
1032     if (USES_LIST(mb_type, 1))
1033         write_back_motion_list(h, sl, b_stride, b_xy, b8_xy, mb_type, 1);
1034
1035     if (sl->slice_type_nos == AV_PICTURE_TYPE_B && CABAC(h)) {
1036         if (IS_8X8(mb_type)) {
1037             uint8_t *direct_table = &h->direct_table[4 * sl->mb_xy];
1038             direct_table[1] = sl->sub_mb_type[1] >> 1;
1039             direct_table[2] = sl->sub_mb_type[2] >> 1;
1040             direct_table[3] = sl->sub_mb_type[3] >> 1;
1041         }
1042     }
1043 }
1044
1045 static av_always_inline int get_dct8x8_allowed(const H264Context *h, H264SliceContext *sl)
1046 {
1047     if (h->sps.direct_8x8_inference_flag)
1048         return !(AV_RN64A(sl->sub_mb_type) &
1049                  ((MB_TYPE_16x8 | MB_TYPE_8x16 | MB_TYPE_8x8) *
1050                   0x0001000100010001ULL));
1051     else
1052         return !(AV_RN64A(sl->sub_mb_type) &
1053                  ((MB_TYPE_16x8 | MB_TYPE_8x16 | MB_TYPE_8x8 | MB_TYPE_DIRECT2) *
1054                   0x0001000100010001ULL));
1055 }
1056
1057 int ff_h264_field_end(H264Context *h, H264SliceContext *sl, int in_setup);
1058
1059 int ff_h264_ref_picture(H264Context *h, H264Picture *dst, H264Picture *src);
1060 void ff_h264_unref_picture(H264Context *h, H264Picture *pic);
1061
1062 int ff_h264_slice_context_init(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1063
1064 void ff_h264_draw_horiz_band(const H264Context *h, H264SliceContext *sl, int y, int height);
1065 int ff_init_poc(H264Context *h, int pic_field_poc[2], int *pic_poc);
1066 int ff_set_ref_count(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1067
1068 int ff_h264_decode_slice_header(H264Context *h, H264SliceContext *sl);
1069 int ff_h264_execute_decode_slices(H264Context *h, unsigned context_count);
1070 int ff_h264_update_thread_context(AVCodecContext *dst,
1071                                   const AVCodecContext *src);
1072
1073 void ff_h264_flush_change(H264Context *h);
1074
1075 void ff_h264_free_tables(H264Context *h);
1076
1077 #endif /* AVCODEC_H264_H */