git.sesse.net Git - ffmpeg/blob - libavcodec/hevc_refs.c

   1 /*
   2  * HEVC video decoder
   3  *
   4  * Copyright (C) 2012 - 2013 Guillaume Martres
   5  * Copyright (C) 2012 - 2013 Gildas Cocherel
   6  *
   7  * This file is part of Libav.
   8  *
   9  * Libav is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public
  11  * License as published by the Free Software Foundation; either
  12  * version 2.1 of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * Libav is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with Libav; if not, write to the Free Software
  21  * Foundation, Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA 02110-1301 USA
  22  */
  23
  24 #include "libavutil/avassert.h"
  25 #include "libavutil/pixdesc.h"
  26
  27 #include "internal.h"
  28 #include "thread.h"
  29 #include "hevc.h"
  30 #include "hevcdec.h"
  31
  32 void ff_hevc_unref_frame(HEVCContext *s, HEVCFrame *frame, int flags)
  33 {
  34     /* frame->frame can be NULL if context init failed */
  35     if (!frame->frame || !frame->frame->buf[0])
  36         return;
  37
  38     frame->flags &= ~flags;
  39     if (!frame->flags) {
  40         ff_thread_release_buffer(s->avctx, &frame->tf);
  41
  42         av_buffer_unref(&frame->tab_mvf_buf);
  43         frame->tab_mvf = NULL;
  44
  45         av_buffer_unref(&frame->rpl_buf);
  46         av_buffer_unref(&frame->rpl_tab_buf);
  47         frame->rpl_tab    = NULL;
  48         frame->refPicList = NULL;
  49
  50         frame->collocated_ref = NULL;
  51
  52         av_buffer_unref(&frame->hwaccel_priv_buf);
  53         frame->hwaccel_picture_private = NULL;
  54     }
  55 }
  56
  57 RefPicList *ff_hevc_get_ref_list(HEVCContext *s, HEVCFrame *ref, int x0, int y0)
  58 {
  59     int x_cb         = x0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
  60     int y_cb         = y0 >> s->ps.sps->log2_ctb_size;
  61     int pic_width_cb = (s->ps.sps->width + (1 << s->ps.sps->log2_ctb_size) - 1) >>
  62         s->ps.sps->log2_ctb_size;
  63     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[y_cb * pic_width_cb + x_cb];
  64     return (RefPicList *)ref->rpl_tab[ctb_addr_ts];
  65 }
  66
  67 void ff_hevc_clear_refs(HEVCContext *s)
  68 {
  69     int i;
  70     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  71         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i],
  72                             HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF |
  73                             HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
  74 }
  75
  76 void ff_hevc_flush_dpb(HEVCContext *s)
  77 {
  78     int i;
  79     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
  80         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], ~0);
  81 }
  82
  83 static HEVCFrame *alloc_frame(HEVCContext *s)
  84 {
  85     int i, j, ret;
  86     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
  87         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
  88         if (frame->frame->buf[0])
  89             continue;
  90
  91         ret = ff_thread_get_buffer(s->avctx, &frame->tf,
  92                                    AV_GET_BUFFER_FLAG_REF);
  93         if (ret < 0)
  94             return NULL;
  95
  96         frame->rpl_buf = av_buffer_allocz(s->pkt.nb_nals * sizeof(RefPicListTab));
  97         if (!frame->rpl_buf)
  98             goto fail;
  99
 100         frame->tab_mvf_buf = av_buffer_pool_get(s->tab_mvf_pool);
 101         if (!frame->tab_mvf_buf)
 102             goto fail;
 103         frame->tab_mvf = (MvField *)frame->tab_mvf_buf->data;
 104
 105         frame->rpl_tab_buf = av_buffer_pool_get(s->rpl_tab_pool);
 106         if (!frame->rpl_tab_buf)
 107             goto fail;
 108         frame->rpl_tab   = (RefPicListTab **)frame->rpl_tab_buf->data;
 109         frame->ctb_count = s->ps.sps->ctb_width * s->ps.sps->ctb_height;
 110         for (j = 0; j < frame->ctb_count; j++)
 111             frame->rpl_tab[j] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data;
 112
 113         if (s->avctx->hwaccel) {
 114             const AVHWAccel *hwaccel = s->avctx->hwaccel;
 115             av_assert0(!frame->hwaccel_picture_private);
 116             if (hwaccel->frame_priv_data_size) {
 117                 frame->hwaccel_priv_buf = av_buffer_allocz(hwaccel->frame_priv_data_size);
 118                 if (!frame->hwaccel_priv_buf)
 119                     goto fail;
 120                 frame->hwaccel_picture_private = frame->hwaccel_priv_buf->data;
 121             }
 122         }
 123
 124         return frame;
 125
 126 fail:
 127         ff_hevc_unref_frame(s, frame, ~0);
 128         return NULL;
 129     }
 130     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Error allocating frame, DPB full.\n");
 131     return NULL;
 132 }
 133
 134 int ff_hevc_set_new_ref(HEVCContext *s, AVFrame **frame, int poc)
 135 {
 136     HEVCFrame *ref;
 137     int i;
 138
 139     /* check that this POC doesn't already exist */
 140     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 141         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 142
 143         if (frame->frame->buf[0] && frame->sequence == s->seq_decode &&
 144             frame->poc == poc) {
 145             av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Duplicate POC in a sequence: %d.\n",
 146                    poc);
 147             return AVERROR_INVALIDDATA;
 148         }
 149     }
 150
 151     ref = alloc_frame(s);
 152     if (!ref)
 153         return AVERROR(ENOMEM);
 154
 155     *frame = ref->frame;
 156     s->ref = ref;
 157
 158     if (s->sh.pic_output_flag)
 159         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 160     else
 161         ref->flags = HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF;
 162
 163     ref->poc      = poc;
 164     ref->sequence = s->seq_decode;
 165     ref->window   = s->ps.sps->output_window;
 166
 167     return 0;
 168 }
 169
 170 int ff_hevc_output_frame(HEVCContext *s, AVFrame *out, int flush)
 171 {
 172     do {
 173         int nb_output = 0;
 174         int min_poc   = INT_MAX;
 175         int i, min_idx, ret;
 176
 177         for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 178             HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 179             if ((frame->flags & HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT) &&
 180                 frame->sequence == s->seq_output) {
 181                 nb_output++;
 182                 if (frame->poc < min_poc) {
 183                     min_poc = frame->poc;
 184                     min_idx = i;
 185                 }
 186             }
 187         }
 188
 189         /* wait for more frames before output */
 190         if (!flush && s->seq_output == s->seq_decode && s->ps.sps &&
 191             nb_output <= s->ps.sps->temporal_layer[s->ps.sps->max_sub_layers - 1].num_reorder_pics)
 192             return 0;
 193
 194         if (nb_output) {
 195             HEVCFrame *frame = &s->DPB[min_idx];
 196             const AVPixFmtDescriptor *desc = av_pix_fmt_desc_get(frame->frame->format);
 197             int pixel_shift;
 198
 199             if (!desc)
 200                 return AVERROR_BUG;
 201
 202             pixel_shift = desc->comp[0].depth > 8;
 203
 204             ret = av_frame_ref(out, frame->frame);
 205             ff_hevc_unref_frame(s, frame, HEVC_FRAME_FLAG_OUTPUT);
 206             if (ret < 0)
 207                 return ret;
 208
 209             for (i = 0; i < 3; i++) {
 210                 int hshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_w : 0;
 211                 int vshift = (i > 0) ? desc->log2_chroma_h : 0;
 212                 int off = ((frame->window.left_offset >> hshift) << pixel_shift) +
 213                           (frame->window.top_offset   >> vshift) * out->linesize[i];
 214                 out->data[i] += off;
 215             }
 216             av_log(s->avctx, AV_LOG_DEBUG,
 217                    "Output frame with POC %d.\n", frame->poc);
 218             return 1;
 219         }
 220
 221         if (s->seq_output != s->seq_decode)
 222             s->seq_output = (s->seq_output + 1) & 0xff;
 223         else
 224             break;
 225     } while (1);
 226
 227     return 0;
 228 }
 229
 230 static int init_slice_rpl(HEVCContext *s)
 231 {
 232     HEVCFrame *frame = s->ref;
 233     int ctb_count    = frame->ctb_count;
 234     int ctb_addr_ts  = s->ps.pps->ctb_addr_rs_to_ts[s->sh.slice_segment_addr];
 235     int i;
 236
 237     if (s->slice_idx >= frame->rpl_buf->size / sizeof(RefPicListTab))
 238         return AVERROR_INVALIDDATA;
 239
 240     for (i = ctb_addr_ts; i < ctb_count; i++)
 241         frame->rpl_tab[i] = (RefPicListTab *)frame->rpl_buf->data + s->slice_idx;
 242
 243     frame->refPicList = (RefPicList *)frame->rpl_tab[ctb_addr_ts];
 244
 245     return 0;
 246 }
 247
 248 int ff_hevc_slice_rpl(HEVCContext *s)
 249 {
 250     SliceHeader *sh = &s->sh;
 251
 252     uint8_t nb_list = sh->slice_type == HEVC_SLICE_B ? 2 : 1;
 253     uint8_t list_idx;
 254     int i, j, ret;
 255
 256     ret = init_slice_rpl(s);
 257     if (ret < 0)
 258         return ret;
 259
 260     if (!(s->rps[ST_CURR_BEF].nb_refs + s->rps[ST_CURR_AFT].nb_refs +
 261           s->rps[LT_CURR].nb_refs)) {
 262         av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Zero refs in the frame RPS.\n");
 263         return AVERROR_INVALIDDATA;
 264     }
 265
 266     for (list_idx = 0; list_idx < nb_list; list_idx++) {
 267         RefPicList  rpl_tmp = { { 0 } };
 268         RefPicList *rpl     = &s->ref->refPicList[list_idx];
 269
 270         /* The order of the elements is
 271          * ST_CURR_BEF - ST_CURR_AFT - LT_CURR for the L0 and
 272          * ST_CURR_AFT - ST_CURR_BEF - LT_CURR for the L1 */
 273         int cand_lists[3] = { list_idx ? ST_CURR_AFT : ST_CURR_BEF,
 274                               list_idx ? ST_CURR_BEF : ST_CURR_AFT,
 275                               LT_CURR };
 276
 277         /* concatenate the candidate lists for the current frame */
 278         while (rpl_tmp.nb_refs < sh->nb_refs[list_idx]) {
 279             for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(cand_lists); i++) {
 280                 RefPicList *rps = &s->rps[cand_lists[i]];
 281                 for (j = 0; j < rps->nb_refs && rpl_tmp.nb_refs < HEVC_MAX_REFS; j++) {
 282                     rpl_tmp.list[rpl_tmp.nb_refs]       = rps->list[j];
 283                     rpl_tmp.ref[rpl_tmp.nb_refs]        = rps->ref[j];
 284                     rpl_tmp.isLongTerm[rpl_tmp.nb_refs] = i == 2;
 285                     rpl_tmp.nb_refs++;
 286                 }
 287             }
 288         }
 289
 290         /* reorder the references if necessary */
 291         if (sh->rpl_modification_flag[list_idx]) {
 292             for (i = 0; i < sh->nb_refs[list_idx]; i++) {
 293                 int idx = sh->list_entry_lx[list_idx][i];
 294
 295                 if (idx >= rpl_tmp.nb_refs) {
 296                     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR, "Invalid reference index.\n");
 297                     return AVERROR_INVALIDDATA;
 298                 }
 299
 300                 rpl->list[i]       = rpl_tmp.list[idx];
 301                 rpl->ref[i]        = rpl_tmp.ref[idx];
 302                 rpl->isLongTerm[i] = rpl_tmp.isLongTerm[idx];
 303                 rpl->nb_refs++;
 304             }
 305         } else {
 306             memcpy(rpl, &rpl_tmp, sizeof(*rpl));
 307             rpl->nb_refs = FFMIN(rpl->nb_refs, sh->nb_refs[list_idx]);
 308         }
 309
 310         if (sh->collocated_list == list_idx &&
 311             sh->collocated_ref_idx < rpl->nb_refs)
 312             s->ref->collocated_ref = rpl->ref[sh->collocated_ref_idx];
 313     }
 314
 315     return 0;
 316 }
 317
 318 static HEVCFrame *find_ref_idx(HEVCContext *s, int poc)
 319 {
 320     int i;
 321     int LtMask = (1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb) - 1;
 322
 323     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 324         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 325         if (ref->frame->buf[0] && (ref->sequence == s->seq_decode)) {
 326             if ((ref->poc & LtMask) == poc)
 327                 return ref;
 328         }
 329     }
 330
 331     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 332         HEVCFrame *ref = &s->DPB[i];
 333         if (ref->frame->buf[0] && ref->sequence == s->seq_decode) {
 334             if (ref->poc == poc || (ref->poc & LtMask) == poc)
 335                 return ref;
 336         }
 337     }
 338
 339     av_log(s->avctx, AV_LOG_ERROR,
 340            "Could not find ref with POC %d\n", poc);
 341     return NULL;
 342 }
 343
 344 static void mark_ref(HEVCFrame *frame, int flag)
 345 {
 346     frame->flags &= ~(HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF | HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 347     frame->flags |= flag;
 348 }
 349
 350 static HEVCFrame *generate_missing_ref(HEVCContext *s, int poc)
 351 {
 352     HEVCFrame *frame;
 353     int i, x, y;
 354
 355     frame = alloc_frame(s);
 356     if (!frame)
 357         return NULL;
 358
 359     if (!s->avctx->hwaccel) {
 360         if (!s->ps.sps->pixel_shift) {
 361             for (i = 0; frame->frame->buf[i]; i++)
 362                 memset(frame->frame->buf[i]->data, 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1),
 363                        frame->frame->buf[i]->size);
 364         } else {
 365             for (i = 0; frame->frame->data[i]; i++)
 366                 for (y = 0; y < (s->ps.sps->height >> s->ps.sps->vshift[i]); y++)
 367                     for (x = 0; x < (s->ps.sps->width >> s->ps.sps->hshift[i]); x++) {
 368                         AV_WN16(frame->frame->data[i] + y * frame->frame->linesize[i] + 2 * x,
 369                                 1 << (s->ps.sps->bit_depth - 1));
 370                     }
 371         }
 372     }
 373
 374     frame->poc      = poc;
 375     frame->sequence = s->seq_decode;
 376     frame->flags    = 0;
 377
 378     ff_thread_report_progress(&frame->tf, INT_MAX, 0);
 379
 380     return frame;
 381 }
 382
 383 /* add a reference with the given poc to the list and mark it as used in DPB */
 384 static int add_candidate_ref(HEVCContext *s, RefPicList *list,
 385                              int poc, int ref_flag)
 386 {
 387     HEVCFrame *ref = find_ref_idx(s, poc);
 388
 389     if (ref == s->ref)
 390         return AVERROR_INVALIDDATA;
 391
 392     if (!ref) {
 393         ref = generate_missing_ref(s, poc);
 394         if (!ref)
 395             return AVERROR(ENOMEM);
 396     }
 397
 398     list->list[list->nb_refs] = ref->poc;
 399     list->ref[list->nb_refs]  = ref;
 400     list->nb_refs++;
 401
 402     mark_ref(ref, ref_flag);
 403     return 0;
 404 }
 405
 406 int ff_hevc_frame_rps(HEVCContext *s)
 407 {
 408     const ShortTermRPS *short_rps = s->sh.short_term_rps;
 409     const LongTermRPS  *long_rps  = &s->sh.long_term_rps;
 410     RefPicList               *rps = s->rps;
 411     int i, ret = 0;
 412
 413     if (!short_rps) {
 414         rps[0].nb_refs = rps[1].nb_refs = 0;
 415         return 0;
 416     }
 417
 418     /* clear the reference flags on all frames except the current one */
 419     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++) {
 420         HEVCFrame *frame = &s->DPB[i];
 421
 422         if (frame == s->ref)
 423             continue;
 424
 425         mark_ref(frame, 0);
 426     }
 427
 428     for (i = 0; i < NB_RPS_TYPE; i++)
 429         rps[i].nb_refs = 0;
 430
 431     /* add the short refs */
 432     for (i = 0; i < short_rps->num_delta_pocs; i++) {
 433         int poc = s->poc + short_rps->delta_poc[i];
 434         int list;
 435
 436         if (!short_rps->used[i])
 437             list = ST_FOLL;
 438         else if (i < short_rps->num_negative_pics)
 439             list = ST_CURR_BEF;
 440         else
 441             list = ST_CURR_AFT;
 442
 443         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_SHORT_REF);
 444         if (ret < 0)
 445             goto fail;
 446     }
 447
 448     /* add the long refs */
 449     for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++) {
 450         int poc  = long_rps->poc[i];
 451         int list = long_rps->used[i] ? LT_CURR : LT_FOLL;
 452
 453         ret = add_candidate_ref(s, &rps[list], poc, HEVC_FRAME_FLAG_LONG_REF);
 454         if (ret < 0)
 455             goto fail;
 456     }
 457
 458 fail:
 459     /* release any frames that are now unused */
 460     for (i = 0; i < FF_ARRAY_ELEMS(s->DPB); i++)
 461         ff_hevc_unref_frame(s, &s->DPB[i], 0);
 462
 463     return ret;
 464 }
 465
 466 int ff_hevc_compute_poc(HEVCContext *s, int poc_lsb)
 467 {
 468     int max_poc_lsb  = 1 << s->ps.sps->log2_max_poc_lsb;
 469     int prev_poc_lsb = s->pocTid0 % max_poc_lsb;
 470     int prev_poc_msb = s->pocTid0 - prev_poc_lsb;
 471     int poc_msb;
 472
 473     if (poc_lsb < prev_poc_lsb && prev_poc_lsb - poc_lsb >= max_poc_lsb / 2)
 474         poc_msb = prev_poc_msb + max_poc_lsb;
 475     else if (poc_lsb > prev_poc_lsb && poc_lsb - prev_poc_lsb > max_poc_lsb / 2)
 476         poc_msb = prev_poc_msb - max_poc_lsb;
 477     else
 478         poc_msb = prev_poc_msb;
 479
 480     // For BLA picture types, POCmsb is set to 0.
 481     if (s->nal_unit_type == HEVC_NAL_BLA_W_LP   ||
 482         s->nal_unit_type == HEVC_NAL_BLA_W_RADL ||
 483         s->nal_unit_type == HEVC_NAL_BLA_N_LP)
 484         poc_msb = 0;
 485
 486     return poc_msb + poc_lsb;
 487 }
 488
 489 int ff_hevc_frame_nb_refs(HEVCContext *s)
 490 {
 491     int ret = 0;
 492     int i;
 493     const ShortTermRPS *rps = s->sh.short_term_rps;
 494     LongTermRPS *long_rps   = &s->sh.long_term_rps;
 495
 496     if (rps) {
 497         for (i = 0; i < rps->num_negative_pics; i++)
 498             ret += !!rps->used[i];
 499         for (; i < rps->num_delta_pocs; i++)
 500             ret += !!rps->used[i];
 501     }
 502
 503     if (long_rps) {
 504         for (i = 0; i < long_rps->nb_refs; i++)
 505             ret += !!long_rps->used[i];
 506     }
 507     return ret;
 508 }